Des scientifiques de l'Institut de recherche scientifique et industrielle (SANKEN) de l'Université d'Osaka, en collaboration avec le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), ont mis au point un point quantique d'arséniure de gallium (GaAs) capable de piéger des électrons individuels. En contrôlant l'orientation cristallographique du substrat, l'équipe de recherche espère optimiser la conversion des photons en électrons polarisés en spin. Ces travaux pourraient contribuer à rendre les réseaux quantiques plus pratiques, notamment pour chiffrer des données sécurisées.

Chaque ordinateur ou tablette que vous possédez est basé sur des calculs utilisant la charge des électrons. Alors que les appareils électroniques actuels ont réalisé des prouesses incroyables en termes de vitesse de traitement tout en devenant de plus en plus petits, il est possible que les fabricants se heurtent un jour à des limites fondamentales de ce qui peut être fait en utilisant les méthodes conventionnelles. Une alternative prometteuse consiste à utiliser également le moment magnétique intrinsèque des électrons, appelé "spin". Parce que ces spins peuvent être placés simultanément dans une superposition de haut en bas, cela ouvre la voie à des ordinateurs quantiques qui pourraient être capables de résoudre certains problèmes beaucoup plus rapidement que le matériel actuel. Le spin peut également être utilisé comme moyen de communication quantique en transférant des informations quantiques avec la lumière. Mais ce processus de transfert d'informations vers le spin d'électrons extrêmement petits est difficile et doit être effectué efficacement.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs dirigée par l'Université d'Osaka a réalisé le premier circuit de points quantiques commandé par grille GaAs au monde sur une surface orientée (110) qui promet d'augmenter l'efficacité de la conversion de spin photon-électron (voir Fig.1). Cela a pour effet de coder les informations quantiques des photons incidents dans les spins des électrons. "Nous pensons que notre recherche est la première démonstration d'un circuit de points quantiques à grille qui a également des capacités de détection de charge, en utilisant cette orientation particulière d'un substrat GaAs", a déclaré le premier auteur Tomohiro Nakagawa.

La conversion de spin photon-électron est réalisée en excitant un électron et un trou via l'absorption d'un photon. Bien qu'il existe deux types de trous, lourds et légers, seuls des trous légers dans les circuits de points quantiques GaAs sur des surfaces orientées (001) ont été utilisés. En raison de la façon dont le trou interagit avec le réseau cristallin de GaAs, le facteur g, qui aide à déterminer le moment magnétique résultant du spin, peut effectivement être différent dans différentes orientations cryptographiques. Cette fonctionnalité permet une conversion efficace des informations quantiques en utilisant un état de trou lourd, ce qui était auparavant impossible pour les substrats conventionnels. À l'avenir, cela pourrait faire partie d'un protocole d'envoi de clés secrètes quantiques inviolables pour sécuriser les données sensibles. "Une application de notre travail peut être une communication cryptographique quantique absolument sécurisée sur de longues distances", déclare l'auteur correspondant Akira Oiwa.

Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une solide collaboration internationale avec le CNRC. « La réunion d'expertises, de savoir-faire et d'installations complémentaires peut considérablement accélérer le rythme de travail vers les objectifs communs des deux groupes, en l'occurrence le développement de réseaux quantiques. La collaboration internationale sera vitale pour l'avancement des technologies de réseaux quantiques les décennies à venir », déclare David G. Austing, agent de recherche principal du CNRC. + Explorer plus loin

Une nanoantenne pour une communication longue distance ultra sécurisée