Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications , des scientifiques de l'Institut d'optique et du Département de physique et d'astronomie de Rochester décrivent une technique permettant d'associer des particules de lumière et de son qui pourrait être utilisée pour convertir fidèlement les informations stockées dans les systèmes quantiques (qubits) en champs optiques pouvant être transmis sur de longues distances.

Que sont les ondes acoustiques de surface ?

Les ondes acoustiques de surface sont des vibrations qui glissent le long de l'extérieur des matériaux, comme une vague dans l'océan ou des secousses au sol lors d'un tremblement de terre. Ils sont utilisés pour diverses applications (de nombreux composants électriques de nos téléphones sont équipés de filtres à ondes acoustiques de surface) car ils constituent des cavités très précises qui peuvent être utilisées pour une synchronisation précise dans des utilisations telles que la navigation. Mais les scientifiques ont également commencé à les utiliser dans des applications quantiques.

"Au cours des dix dernières années, les ondes acoustiques de surface sont devenues une bonne ressource pour les applications quantiques, car le phonon, ou particule individuelle du son, se couple très bien à différents systèmes", explique William Renninger, professeur agrégé d'optique et de physique. P>

Grâce aux méthodes existantes, les ondes acoustiques de surface sont accessibles, manipulées et contrôlées via des matériaux piézoélectriques pour transformer l'électricité en ondes acoustiques et vice versa. Cependant, ces signaux électriques doivent être appliqués à des doigts mécaniques insérés au milieu de la cavité acoustique, ce qui provoque des effets parasites en diffusant les phonons de manière à compenser.

Utiliser la lumière pour manipuler les ondes acoustiques de surface

Plutôt que de coupler les phonons à des champs électriques, le laboratoire de Renninger a essayé une approche moins invasive, en mettant en lumière les cavités et en éliminant le besoin de contact mécanique.

"Nous avons pu coupler fortement les ondes acoustiques de surface avec la lumière", explique Arjun Iyer, titulaire d'un doctorat en optique. étudiant et premier auteur de l’article. "Nous avons conçu des cavités acoustiques, ou de minuscules chambres d'écho, pour ces ondes où le son pouvait durer longtemps, permettant des interactions plus fortes. Notamment, notre technique fonctionne sur n'importe quel matériau, pas seulement sur les matériaux piézoélectriques qui peuvent être contrôlés électriquement."

L'équipe de Renninger s'est associée au laboratoire du professeur agrégé de physique John Nichol pour fabriquer les dispositifs à ondes acoustiques de surface décrits dans l'étude. En plus de produire un couplage quantique puissant, ces dispositifs présentent les avantages supplémentaires d'une fabrication simple, d'une petite taille et de la capacité de gérer de grandes quantités d'énergie.

Au-delà des applications dans l'informatique quantique hybride, l'équipe affirme que leurs techniques peuvent être utilisées en spectroscopie pour explorer les propriétés des matériaux, en tant que capteurs, et pour étudier la physique de la matière condensée.