Pour la première fois, des chercheurs ont réussi à générer une lumière fortement non classique à l'aide d'une source de lumière modulaire basée sur un guide d'ondes. Cette réalisation représente une étape cruciale vers la création d'ordinateurs quantiques optiques plus rapides et plus pratiques.

"Notre objectif est d'améliorer considérablement le traitement de l'information en développant des ordinateurs quantiques plus rapides capables d'effectuer n'importe quel type de calcul sans erreur", a déclaré Kan Takase, membre de l'équipe de recherche de l'Université de Tokyo. "Bien qu'il existe plusieurs façons de créer un ordinateur quantique, les approches basées sur la lumière sont prometteuses car le processeur d'informations peut fonctionner à température ambiante et l'échelle de calcul peut être facilement étendue."

Dans la revue Optica Publishing Group Optics Express , une équipe multi-institutionnelle de chercheurs du Japon décrivent le module d'amplificateur paramétrique optique (OPA) à guide d'ondes qu'ils ont créé pour les expériences quantiques. La combinaison de cet appareil avec un détecteur de photons spécialement conçu leur a permis de générer un état de lumière connu sous le nom de chat de Schrödinger, qui est une superposition d'états cohérents.

"Notre méthode de génération de lumière quantique peut être utilisée pour augmenter la puissance de calcul des ordinateurs quantiques et pour rendre le processeur d'informations plus compact", a déclaré Takase. "Notre approche surpasse les méthodes conventionnelles, et le guide d'ondes modulaire OPA est facile à utiliser et à intégrer dans les ordinateurs quantiques."

Générer une lumière fortement non classique

La lumière comprimée à onde continue est utilisée pour générer les divers états quantiques nécessaires à l'exécution de l'informatique quantique. Pour obtenir les meilleures performances de calcul, la source de lumière comprimée doit présenter de très faibles niveaux de perte de lumière et être à large bande, ce qui signifie qu'elle comprend une large gamme de fréquences.

"Nous voulons augmenter la fréquence d'horloge des ordinateurs quantiques optiques, qui peuvent, en principe, atteindre des fréquences térahertz", a déclaré Takase. "Des fréquences d'horloge plus élevées permettent une exécution plus rapide des tâches de calcul et permettent de raccourcir les lignes à retard dans les circuits optiques. Cela rend les ordinateurs quantiques optiques plus compacts tout en facilitant le développement et la stabilisation du système global."

Les OPA utilisent des cristaux optiques non linéaires pour générer de la lumière comprimée, mais les APO conventionnels ne génèrent pas la lumière quantique avec les propriétés nécessaires pour un calcul quantique plus rapide. Pour surmonter ce défi, des chercheurs de l'Université de Tokyo et de NTT Corporation ont développé un AOP basé sur un dispositif de type guide d'ondes qui atteint une efficacité élevée en confinant la lumière à un cristal étroit.

En concevant soigneusement le guide d'ondes et en le fabriquant avec un traitement de précision, ils ont pu créer un dispositif OPA avec une perte de propagation beaucoup plus faible que les dispositifs conventionnels. Il peut également être modularisé pour être utilisé dans diverses expériences avec des technologies quantiques.

Concevoir le bon détecteur

Le dispositif OPA a été conçu pour créer une lumière comprimée aux longueurs d'onde des télécommunications, une région de longueur d'onde qui a tendance à présenter de faibles pertes. Pour compléter le système, les chercheurs avaient besoin d'un détecteur de photons hautes performances fonctionnant aux longueurs d'onde des télécommunications. Cependant, les détecteurs de photons standard basés sur des semi-conducteurs ne répondent pas aux exigences de performance pour cette application.

Ainsi, des chercheurs de l'Université de Tokyo et de l'Institut national des technologies de l'information et de la communication (NICT) ont mis au point un détecteur conçu spécifiquement pour l'optique quantique. Le nouveau détecteur de photons à nanoruban supraconducteur (SNSPD) utilise la technologie de supraconductivité pour détecter les photons.

"Nous avons combiné notre nouveau guide d'ondes OPA avec ce détecteur de photons pour générer un état de lumière hautement non classique - ou quantique - appelé chat de Schrödinger", a déclaré Takase. "La génération de cet état, difficile avec les AOP à guide d'ondes classiques à faible rendement, confirme les hautes performances de notre AOP à guide d'ondes et ouvre la possibilité d'utiliser cet appareil pour un large éventail d'expériences quantiques."

Les chercheurs étudient maintenant comment combiner des techniques de mesure à grande vitesse avec le nouveau guide d'ondes OPA pour se rapprocher de leur objectif d'informatique quantique optique ultrarapide. + Explorer plus loin

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