Croquis résumant la création (1) d'un phonon unique se déplaçant à l'intérieur d'un guide d'ondes (2), qui peut ensuite être détecté (3) après réflexion sur l'extrémité du guide d'ondes. Crédit :Laboratoire Gröblacher, TU Delft.
La plupart des technologies informatiques quantiques reposent sur la capacité de produire, de manipuler et de détecter des états de lumière non classiques. Les états non classiques sont des états quantiques qui ne peuvent pas être produits directement à l'aide de sources de lumière conventionnelles, telles que des lampes et des lasers, et ne peuvent donc pas être décrits par la théorie de l'électromagnétisme classique.
Ces états non conventionnels incluent les états comprimés, les états intriqués et les états avec une fonction de Wigner négative. La capacité de contrôler de la même manière les états des systèmes phononiques, ceux impliquant l'acoustique et les vibrations, pourrait ouvrir des possibilités intéressantes pour le développement de nouvelles technologies quantiques, notamment des dispositifs de détection quantique et de traitement de l'information quantique.
Des chercheurs de l'Institut Kavli de nanosciences de l'Université de technologie de Delft (TU Delft) ont récemment introduit une stratégie qui pourrait être utilisée pour atteindre un niveau élevé de contrôle sur les guides d'ondes phononiques. Cette stratégie, décrite dans un article publié dans Nature Physics , pourrait permettre l'utilisation de guides d'ondes phononiques dans la technologie quantique, de la même manière que les fibres optiques et les guides d'ondes sont utilisés aujourd'hui.
Des fibres optiques et des guides d'ondes peuvent être utilisés pour transmettre des informations quantiques codées en photons optiques. Au cours des dernières décennies, ils ont été des composants essentiels à la fois pour la technologie quantique et la technologie de communication classique.
"La réalisation de composants équivalents aux fibres optiques et aux guides d'ondes pour les excitations mécaniques a le potentiel de révolutionner le domaine naissant de l'acoustique et de la phononique quantiques", a déclaré Simon Gröblacher, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, à Phys.org. "De tels guides d'ondes phononiques à faible perte permettront non seulement de guider et de transmettre des informations (quantiques) codées en phonons sur des dizaines de centimètres sur une puce, mais constitueront la base d'un contrôle cohérent complet sur les excitations mécaniques en déplacement."
L'objectif clé des travaux récents de Gröblacher et de ses collègues était de concevoir une méthode pour contrôler les états mécaniques non classiques dans un guide d'ondes phononique avec des phonons individuels dans une microstructure de silicium suspendue. Ils visent à terme à introduire une nouvelle boîte à outils pour mener des expériences dans le domaine de l'acoustique quantique, qui permettrait à son tour aux physiciens et aux ingénieurs d'interagir avec les systèmes quantiques de nouvelles façons.
"Les ondes acoustiques sont fondamentalement différentes de l'oscillation d'atomes ou d'ions uniques dans des pièges, en raison de la grande masse associée, de leur caractère de propagation et de la possibilité de se coupler à une grande variété d'autres systèmes quantiques comme les points quantiques et les qubits supraconducteurs", Gröblacher, a dit. "Le guidage de phonons uniques est une étape cruciale vers la réalisation de dispositifs quantiques hybrides et le transfert d'informations quantiques sur des réseaux hétérogènes."
Au cours des dernières années, le groupe de recherche de Gröblacher a mené de nombreuses expériences axées sur les dispositifs phononiques. Au cours de leurs études précédentes, ils ont pu créer, stocker et détecter des phonons uniques dans des dispositifs à cristaux photoniques/phononiques, en tirant parti des interactions optomécaniques radiation-pression.
Dans le cadre de leur étude récente, ils ont conçu et réalisé le premier guide d'onde phononique pour produire des excitations mécaniques mobiles non classiques.
"En fabriquant le guide d'ondes à partir de silicium à couche mince, nous combinons le guide d'ondes avec une source et un détecteur pour les états mécaniques non classiques et avons pu vérifier la propagation de ces états quantiques dans le guide d'ondes", a expliqué Gröblacher. "Ces ondes acoustiques aux fréquences GHz sont guidées dans une géométrie nanométrique très confinée, avec des durées de vie longues (jusqu'à plusieurs millisecondes), notamment à basse température, permettant le transport fidèle d'états quantiques sur des distances centimétriques sur une puce."
Dans leurs expériences, Gröblacher et ses collègues ont montré qu'en se propageant dans leur guide d'onde, les corrélations non classiques issues de phonons lancés à des instants différents sont conservées. Ces corrélations non classiques avaient une durée de vie mécanique remarquable d'environ 100 μs, ce qui signifie que leur système pouvait théoriquement être utilisé pour transmettre des phonons uniques sur des dizaines de centimètres, sans pertes d'énergie importantes.
Les chercheurs ont également montré que leur guide d'onde pouvait être utilisé pour réaliser une mémoire quantique phononique premier entré, premier sorti (FIFO). À l'avenir, une telle mémoire quantique pourrait avoir des applications intéressantes dans les télécommunications et l'acoustique quantique.
© 2022 Réseau Science X Des chercheurs réalisent une téléportation quantique sur le mouvement mécanique de faisceaux de silicium
