*Les scientifiques ont réalisé une percée dans le développement de sources de lumière quantique ultrafines, démontrant comment les interactions excitoniques peuvent améliorer considérablement l'efficacité de la génération de photons intriqués.*
Les sources de lumière quantique sont des composants cruciaux dans diverses technologies quantiques, telles que l'informatique quantique, la communication quantique et la métrologie quantique. Ces sources émettent des photons intriqués, ce qui signifie que leurs propriétés sont liées d’une manière qui ne peut être expliquée par la physique classique. Cette intrication constitue une ressource fondamentale pour de nombreuses technologies quantiques et permet des tâches telles que la communication sécurisée et les mesures de haute précision.
Traditionnellement, les photons intriqués sont générés à l’aide de cristaux non linéaires volumineux, qui mesurent généralement plusieurs millimètres d’épaisseur. Ces cristaux nécessitent des puissances de pompage élevées et souffrent d’un faible rendement, limitant leurs applications pratiques. Pour surmonter ces défis, les chercheurs ont exploré les sources de lumière quantique ultrafines, qui offrent le potentiel de dispositifs compacts, efficaces et évolutifs.
Dans une étude récente publiée dans la revue Nature Photonics , des scientifiques de l'Université de Tokyo, de l'Institut national des sciences des matériaux (NIMS) et de l'Université des communications électroniques du Japon ont montré comment les interactions excitoniques peuvent augmenter l'efficacité de la génération de photons intriqués dans des sources de lumière quantique ultrafines.
L'équipe, dirigée par le professeur Yasuhiko Arakawa, a fabriqué des hétérostructures semi-conductrices ultrafines constituées de couches alternées d'arséniure de gallium (GaAs) et d'arséniure d'aluminium (AlAs). Ces hétérostructures présentent de fortes interactions excitoniques, dans lesquelles les électrons et les trous du matériau semi-conducteur forment des états liés appelés excitons. Les excitons ont des propriétés distinctes qui peuvent être exploitées pour améliorer les interactions lumière-matière et améliorer l'efficacité de la génération de photons.
En concevant soigneusement l’épaisseur et la composition des hétérostructures, les chercheurs ont pu générer une génération très efficace de photons intriqués. Ils ont observé une augmentation significative du taux d’émission de photons intriqués par rapport aux sources de lumière quantique ultrafines conventionnelles sans interactions excitoniques.
L'efficacité améliorée est attribuée à l'effet Purcell, qui décrit la modification des taux d'émission spontanée en présence de cavités optiques résonantes. Dans les hétérostructures ultraminces, les excitons agissent comme des émetteurs localisés et les fortes interactions excitoniques créent un environnement favorable à l'effet Purcell. Cela conduit à une émission plus rapide et plus efficace de photons intriqués.
Cette étude représente une avancée significative dans le développement de sources de lumière quantique ultrafines. La génération efficace de photons intriqués dans ces structures ultraminces ouvre la voie à la réalisation de dispositifs quantiques compacts et performants et ouvre de nouvelles possibilités pour le traitement de l'information quantique et les technologies de communication.
"Nos résultats ouvrent une voie prometteuse pour le développement de sources de lumière quantiques pratiques", déclare le professeur Arakawa. "En exploitant les interactions excitoniques, nous pouvons générer efficacement des photons intriqués dans des semi-conducteurs ultra-fins, permettant ainsi la miniaturisation et l'intégration de dispositifs quantiques pour les futures technologies quantiques."
