"Les centres T sont un type de défaut atomique dans le réseau régulier du silicium", a déclaré Songtao Chen, professeur adjoint de génie électrique et informatique.

"Les centres T ont récemment suscité beaucoup d'intérêt car ils montrent un potentiel en tant que blocs de construction de qubits pour les réseaux quantiques. Ils émettent des photons uniques à une longueur d'onde avantageuse pour les applications de télécommunications, mais ils souffrent d'un faible taux d'émission de photons."

L'émission spontanée - le phénomène derrière la lueur familière d'une luciole ou d'autres effets de lueur dans le noir - décrit le processus par lequel un système de mécanique quantique, comme une molécule, un atome ou une particule subatomique, passe à un état d'énergie inférieure en libérant une partie de son énergie sous forme de photon. L'amélioration du taux d'émission spontanée dans les centres T est l'un des obstacles que les scientifiques doivent surmonter pour rendre viables les qubits basés sur les centres T.

En intégrant un centre T dans un circuit intégré photonique, Songtao et son équipe ont augmenté l'efficacité de la collecte pour l'émission de photons uniques du centre T de deux ordres de grandeur par rapport aux expériences typiques de type confocal.

Selon l'étude publiée dans Nature Communications , l'équipe a démontré que le couplage avec une cavité à cristal photonique multiplie par sept le taux d'émission de photons d'un centre T, en exploitant un phénomène connu sous le nom d'effet Purcell.

"Le but de notre expérience était de démontrer la capacité de modifier les propriétés optiques de centres T uniques dans le silicium", a déclaré Yu-En Wong, étudiant diplômé de Rice et co-auteur de l'étude. "Il s'avère que la structure de la cavité photonique a un impact sur le taux d'émission de photons du centre T. En mesurant le taux avec et sans l'interaction de la cavité, nous avons pu évaluer la force du couplage entre la cavité et le centre T."

Le couplage entre la structure de la cavité photonique et le centre T se renforce à mesure qu'ils échangent de l'énergie photonique de plus en plus rapidement, raccourcissant ainsi la durée pendant laquelle l'énergie est stockée dans le centre T.

"C'est ce qu'on appelle communément l'effet Purcell", a déclaré Adam Johnston, étudiant diplômé de Rice et co-auteur de l'étude.

"Ce que nous avons montré ici, c'est que nous pouvons déployer l'effet Purcell pour obtenir l'émission de photons uniques la plus pure parmi tous les centres de couleur du silicium à ce jour et la plus grande amélioration d'émission de photons pour un seul centre T."

Cette découverte constitue une étape importante vers l'avancement des réseaux quantiques, qui s'appuient sur les propriétés quantiques des photons pour coder les informations, permettant à la fois une informatique beaucoup plus puissante et une sécurité renforcée.

"La sécurité des communications quantiques est garantie par les principes fondamentaux de la mécanique quantique, permettant la détection des écoutes indiscrètes avec une forte probabilité et améliorant ainsi la protection des données sensibles", a déclaré le co-auteur Ulises Felix-Rendon, qui, avec Johnston et Wong, poursuit un doctorat en physique appliquée dans le cadre du laboratoire Chen.

"Des entreprises telles que Google et IBM ont démontré les avantages significatifs des ordinateurs quantiques par rapport à leurs homologues classiques", a déclaré Felix-Rendon.

"Cependant, bon nombre des ordinateurs quantiques les plus avancés au monde sont limités à l'envoi d'informations via des fils refroidis à des températures cryogéniques, ce qui limite l'évolutivité de ces systèmes. Nous espérons que nos travaux contribueront au développement de réseaux quantiques permettant de connecter des ordinateurs quantiques distants et d'aller au-delà." obstacles actuels dans la technologie quantique."