Dans un élan potentiel pour l'informatique quantique et la communication, une collaboration de recherche européenne a signalé une nouvelle méthode de contrôle et de manipulation de photons uniques sans générer de chaleur. La solution permet d'intégrer des commutateurs optiques et des détecteurs monophotoniques dans une même puce.

Publication dans Communication Nature , l'équipe a rapporté avoir développé un commutateur optique qui est reconfiguré avec un mouvement mécanique microscopique plutôt que de la chaleur, rendant le commutateur compatible avec les détecteurs à photon unique sensibles à la chaleur.

Les commutateurs optiques utilisés aujourd'hui fonctionnent en chauffant localement des guides de lumière à l'intérieur d'une puce semi-conductrice. "Cette approche ne fonctionne pas pour l'optique quantique, " dit le co-auteur Samuel Gyger, un doctorat étudiant au KTH Royal Institute of Technology à Stockholm.

"Parce que nous voulons détecter chaque photon, nous utilisons des détecteurs quantiques qui fonctionnent en mesurant la chaleur qu'un seul photon génère lorsqu'il est absorbé par un matériau supraconducteur, " dit Gyger. " Si nous utilisons des commutateurs traditionnels, nos détecteurs seront inondés par la chaleur, et donc ne fonctionne pas du tout."

La nouvelle méthode permet de contrôler des photons uniques sans l'inconvénient de chauffer une puce semi-conductrice et de rendre ainsi inutiles les détecteurs de photons uniques, dit Carlos Errando Herranz, qui a conçu l'idée de recherche et dirigé les travaux à KTH dans le cadre du projet européen Quantum Flagship, S2QUIP.

Grâce à l'actionnement microélectromécanique (MEMS), la solution permet la commutation optique et la détection de photons sur une seule puce semi-conductrice tout en maintenant les températures froides requises par les détecteurs à photon unique.

"Notre technologie aidera à connecter tous les blocs de construction requis pour les circuits optiques intégrés pour les technologies quantiques, ", dit Errando Herranz.

"Les technologies quantiques permettront un cryptage sécurisé des messages et des méthodes de calcul qui résolvent les problèmes que les ordinateurs d'aujourd'hui ne peuvent pas, " dit-il. " Et ils fourniront des outils de simulation qui nous permettront de comprendre les lois fondamentales de la nature, ce qui peut conduire à de nouveaux matériaux et médicaments.

Le groupe développera davantage la technologie pour la rendre compatible avec l'électronique typique, ce qui impliquera de réduire les tensions utilisées dans le montage expérimental.

Errando Herranz dit que le groupe vise à intégrer le processus de fabrication dans les fonderies de semi-conducteurs qui fabriquent déjà des optiques sur puce, une étape nécessaire pour fabriquer des circuits optiques quantiques suffisamment grands pour tenir certaines des promesses des technologies quantiques.