Des chercheurs du CRANN et de la Trinity's School of Physics ont créé un nouvel appareil innovant qui émettra des particules de lumière uniques, ou photons, des points quantiques qui sont la clé des ordinateurs quantiques pratiques, communication quantique, et d'autres dispositifs quantiques.

L'équipe a apporté une amélioration significative sur les conceptions précédentes dans les systèmes photoniques via leur appareil, qui permet de contrôler, émission directionnelle de photons uniques et qui produit des états intriqués de paires de points quantiques.

Qubits et la promesse de l'informatique quantique

La promesse des ordinateurs quantiques s'appuie sur les propriétés des bits quantiques - "qubits" - pour exécuter des calculs. Les ordinateurs actuels traitent et stockent les informations en bits de 0 ou de 1 alors que les qubits peuvent être 0 et 1 simultanément. Cela signifie que les ordinateurs quantiques auront des puissances de calcul beaucoup plus grandes que les ordinateurs classiques.

Les scientifiques explorent différentes options et conceptions pour faire de l'informatique quantique une réalité viable. Une idée proposée utilise des systèmes photoniques, exploiter les propriétés quantiques de la lumière à l'échelle nanométrique, comme qubits. L'équipe de Trinity explore un tel système dans son article récemment publié dans la revue très médiatisée Lettres nano .

Leur système utilise des photons uniques de lumière émis de manière contrôlée dans le temps et dans l'espace par des émetteurs quantiques (matériaux à l'échelle nanométrique appelés points quantiques). Pour des applications telles que l'informatique quantique, il est nécessaire de contrôler les émissions de ces points et de produire un enchevêtrement quantique d'émission à partir de paires de ces points.

L'intrication quantique est une propriété fondamentale de la mécanique quantique et se produit lorsqu'une paire ou un groupe de particules sont liés de manière quantique de telle sorte que l'état quantique de chaque particule de la paire ne peut être décrit indépendamment de l'état des autres. Essentiellement, deux points quantiques intriqués peuvent émettre des photons intriqués.

le professeur John Donegan, CRANN et Trinity's School of Physics, mentionné:

"L'appareil fonctionne en plaçant une pointe métallique à quelques nanomètres d'une surface contenant les points quantiques. La pointe est excitée par la lumière et produit un champ électrique d'une intensité si énorme qu'il peut augmenter considérablement le nombre de photons uniques émis par les points Ce champ fort peut également coupler l'émission de paires de points quantiques, enchevêtrer leurs états d'une manière qui est unique aux émetteurs quantiques de lumière."

L'autre avantage important est le mécanisme par lequel le dispositif fonctionne par rapport aux dispositifs photoniques de pointe actuels pour les applications d'informatique quantique.

Professeur Ortwin Hess, Professeur de nanophotonique quantique à la Trinity's School of Physics et au CRANN, ajoutée:

"En balayant la pointe métallique sur la surface contenant les points quantiques, nous pouvons générer l'émission de photons uniques selon les besoins. Un tel dispositif est beaucoup plus simple que les systèmes actuels qui tentent de fixer une pointe métallique, ou une cavité, à proximité immédiate d'une boîte quantique. Nous nous attendons maintenant à ce que cet appareil et son fonctionnement aient un effet saisissant sur la recherche sur les émetteurs quantiques pour les technologies quantiques. »

La collaboration entre les professeurs Hess et Donegan a commencé alors que le professeur Hess était à l'Imperial College de Londres et se poursuivra avec sa récente nomination à Trinity dans le cadre du programme de chaire de recherche SFI.

L'équipe prévoit de fabriquer des dispositifs qui démontreront l'émission contrôlée de photons uniques et contribueront fortement à l'effort de recherche sur les technologies quantiques en Irlande.