Les scientifiques ont fait une nouvelle percée cruciale dans la quête du contrôle de la lumière pour faire évoluer la prochaine génération de détection et d'informatique quantiques.

L'équipe de chercheurs, dont le Dr Oleksandr Kyriienko de l'Université d'Exeter, a montré que le contrôle de la lumière peut être réalisé en induisant et en mesurant un déphasage non linéaire jusqu'à un seul niveau de polariton.

Les polaritons sont des particules hybrides qui combinent les propriétés de la lumière et de la matière. Ils apparaissent dans des structures optiques à fort couplage lumière-matière, où les photons s'hybrident avec des particules sous-jacentes dans les matériaux - des excitons à puits quantiques (paires électron-trou liées).

La nouvelle recherche, dirigée par le groupe expérimental du professeur D Krizhanovskii de l'Université de Sheffield, a observé qu'une interaction entre les polaritons dans les micropiliers conduit à une modulation de phase croisée entre des modes de polarisation différente.

Le changement de phase est important même en présence (en moyenne) d'un seul polariton, et peut encore être augmenté dans les structures à fort confinement de la lumière. Cela offre une opportunité pour les effets polaritoniques quantiques qui peuvent être utilisés pour la détection et l'informatique quantiques.

L'analyse théorique, dirigée par le Dr Oleksandr Kyriienko, montre que le déphasage d'un seul polariton observé peut être encore augmenté, et en cascade des micropiliers offre une voie vers des portes quantiques polaritoniques.

Les effets quantiques avec des faisceaux lumineux faibles peuvent à leur tour aider à détecter des produits chimiques, des fuites de gaz et à effectuer des calculs à une vitesse largement accrue.

La recherche est publiée par Nature Photonics .

Le Dr Kyriienko dit que "les résultats expérimentaux révèlent que les effets quantiques au niveau d'un seul polariton peuvent être mesurés dans un seul micropilier. Du point de vue théorique, il est important d'augmenter les déphasages et de développer le système en une porte de phase à commande optique. Nous verrons certainement plus d'efforts pour construire des réseaux polaritoniques quantiques en tant que plate-forme technologique quantique."

Les polaritons se sont avérés être une excellente plate-forme pour l'optique non linéaire, où les particules bénéficient d'une cohérence accrue en raison du champ de la cavité et d'une forte non-linéarité due à la diffusion exciton-exciton.

Auparavant, les expériences polaritoniques ont conduit à l'observation de la condensation polaritonique de Bose-Einstein et de divers effets macroscopiques non linéaires, notamment la formation de solitons et de vortex. Cependant, l'observation des effets polaritoniques quantiques dans la limite basse d'occupation reste un domaine inexploré.

L'étude montre que les polaritons peuvent maintenir la non-linéarité et la cohérence à des occupations extrêmement petites. Cela déclenche une recherche de systèmes polaritoniques qui peuvent encore améliorer les effets quantiques et fonctionner comme des dispositifs quantiques.

Le Dr Paul Walker, l'auteur correspondant de l'étude, explique qu'ils "ont utilisé des micropiliers de haute qualité en arséniure de gallium fournis par des collaborateurs de l'Université de Paris Saclay, en France. Ces piliers confinent des modes de polarisation différente qui sont proches en énergie. En pompant lumière dans l'un des modes (fondamental), nous sondons un signal envoyé dans un autre mode (d'énergie plus élevée) et observons que la présence d'une impulsion faible (photon unique) entraîne une rotation de polarisation, ce qui peut être considéré comme une rotation de phase contrôlée. "

L'auteur principal de l'étude, le professeur Krizhanovskii, conclut que "dans l'expérience présentée, nous avons fait un premier pas pour voir les effets d'un seul polariton. Il y a certainement une marge d'amélioration. En fait, en utilisant des cavités de plus petite taille et en optimisant la structure que nous attendons pour augmenter les ordres de grandeur de déphasage. Cela établira l'état de l'art pour les futures puces polaritoniques." + Explorer plus loin

Booster la non-linéarité polaritonique avec un mécanisme pour créer des polaron-polaritons