La science de l’information quantique est vraiment fascinante :des paires de minuscules particules peuvent être intriquées de telle sorte qu’une opération sur l’une ou l’autre les affectera toutes les deux, même si elles sont physiquement séparées. Un processus apparemment magique appelé téléportation peut partager des informations entre différents systèmes quantiques éloignés.
Ces différents systèmes peuvent être couplés à l’aide de processus quantiques pour former des réseaux de communication quantique. Les communications sécurisées, l'informatique quantique distribuée et la détection quantique ne sont que quelques-unes des applications potentielles remarquables.
Au cours de plus de trois décennies de Quantum 2.0 – la période de R&D quantique qui couvre le développement de dispositifs, de systèmes et de protocoles quantiques pour générer et utiliser l’intrication quantique – la grande majorité des expériences ont nécessité des optiques volumineuses et des schémas d’alignement spécialisés couvrant souvent de grands objectifs optiques spéciaux. tables qui flottent pneumatiquement afin d'éviter la moindre vibration mécanique.
De la même manière que l'électronique miniaturisée intégrée au silicium a permis l'évolution des processeurs informatiques depuis des assemblages de condensateurs, de tubes et d'aimants à grande échelle jusqu'à des micropuces minuscules mais puissantes contenant des millions et des millions de composants sur lesquels sont basées nos technologies modernes et « intelligentes »; Les composants et processus quantiques doivent être miniaturisés à l'aide de l'optique intégrée pour ouvrir la voie au déploiement et à l'utilisation à grande échelle de la science de l'information quantique au-delà des expériences à l'échelle du laboratoire et vers des utilisations réelles.
Le carbure de silicium (SiC) est une plateforme leader pour les processus intégrés, renforcée ces dernières années par son utilisation dans les systèmes électroniques intégrés de technologies vertes telles que les véhicules électriques. Cette application a conduit à des améliorations significatives de la qualité des plaquettes SiC, le format de base pour la création de dispositifs intégrés.
Dans le domaine de la science quantique, le SiC est devenu un matériau prometteur pour la photonique quantique intégrée (IQP), surmontant les problèmes d'évolutivité rencontrés dans d'autres matériaux comme le silicium. Les propriétés uniques du SiC le rendent idéal pour les processus d'optique quantique intégrés, mais des défis persistent pour exploiter tout son potentiel. Les récentes percées dans la génération de photons intriqués sur les micropuces SiC marquent une étape importante vers l'exploitation de ses capacités pour des applications quantiques pratiques.
Dans un nouvel article publié dans Light :Science &Applications , des scientifiques du National Institute of Standards and Technology (NIST) à Gaithersburg, MD et de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburg, Pennsylvanie, ont rapporté la première démonstration d'une source de photons intriqués à l'échelle d'une puce en SiC.
Le dispositif est mis en œuvre par un processus non linéaire d'ordre élevé connu sous le nom de mélange spontané à quatre ondes (SFWM) utilisant un résonateur optique à microanneaux intégré structuré sur une plate-forme 4H-SiC sur isolant.
L'expérience est conçue de telle sorte que les paires de photons (signal et libre) soient à la longueur d'onde des télécommunications et idéales pour être transmises dans des fibres optiques (ce qui est important pour les communications quantiques et les réseaux quantiques) et soient créées de manière à être intriquées. en temps et en énergie (connu sous le nom d’intrication temps-énergie). Les chercheurs rapportent avoir généré des paires de photons intriqués de haute qualité et de haute pureté.
Ces chercheurs résument les caractéristiques du nouveau dispositif en déclarant : « Nos résultats, notamment un rapport coïncidence/accident maximal > 600 pour un taux de paires de photons sur puce de (9 ± 1) × 10 3 paires/s et une puissance de pompe de 0,17 mW, un ???? (2) annoncé (0) de l'ordre de 10 -3 et la visibilité d'une frange d'interférence à deux photons dépassant 99 % démontrent sans équivoque que les dispositifs intégrés basés sur SiC peuvent être viables pour le traitement de l'information quantique à l'échelle d'une puce. De plus, ces résultats sont comparables à ceux obtenus à partir de plateformes photoniques intégrées plus matures telles que le silicium."
"Nous pensons que notre étude apporte un soutien solide à la compétitivité de la plate-forme 4H-SiC sur isolant pour les applications quantiques. Par exemple, la source de photons intriqués démontrée peut être facilement déployée dans un réseau de fibres optiques pour la communication quantique.
"De plus, en alignant la longueur d'onde du photon libre sur la ligne zéro phonon de divers centres de couleur trouvés dans le SiC, nous pouvons créer une intrication entre le photon signal et l'état de spin. Ce processus d'alignement de longueur d'onde peut également être intégré et mis en œuvre soit grâce à l'ingénierie de dispersion à l'échelle d'une puce ou à la conversion de fréquence", ont-ils ajouté.
L'avenir de l'optique intégrée basée sur SiC est certainement prometteur puisque les chercheurs déclarent que « toutes ces possibilités laissent présager un avenir brillant pour la photonique quantique basée sur SiC en permettant l'intégration d'une multitude de processus photoniques et électriques quantiques à l'échelle d'une puce avec des couleurs. centres pour diverses applications."
