Des scientifiques de l’Université de Cambridge et de l’Université de Southampton ont réalisé des progrès significatifs dans le développement de sources de lumière quantique ultrafines. Leurs recherches démontrent comment l’exploitation des interactions excitoniques peut améliorer l’efficacité de la génération de photons intriqués. Ces résultats sont prometteurs pour la miniaturisation et l’intégration de dispositifs photoniques quantiques cruciaux pour l’informatique quantique et les technologies de communication.

Interactions excitoniques et génération de photons intriqués

Les excitons sont des quasiparticules formées lorsque les électrons et les trous sont liés entre eux par les forces coulombiennes. Dans certains matériaux semi-conducteurs, tels que les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) atomiquement minces, les excitons présentent de fortes interactions, conduisant à des phénomènes optiques uniques. L’un de ces phénomènes est l’annihilation exciton-exciton, où deux excitons interagissent et s’annihilent, libérant de l’énergie sous forme de photons intriqués.

Améliorer l'efficacité

L'équipe, dirigée par le professeur Mete Atature, a exploré comment exploiter les interactions exciton-exciton pour améliorer l'efficacité de la génération de photons intriqués. Ils ont fabriqué des diodes électroluminescentes (DEL) quantiques ultrafines à l’aide de monocouches TMD atomiquement minces et ont étudié leurs propriétés électroluminescentes sous diverses densités de puissance d’excitation.

Principales conclusions

Leurs expériences ont révélé que les interactions exciton-exciton jouent un rôle crucial dans l’amélioration de la génération de photons intriqués. À de faibles puissances d'excitation, la LED présentait de faibles interactions exciton-exciton, entraînant de faibles taux de génération de photons intriqués. Cependant, à mesure que la puissance d'excitation augmentait, les interactions exciton-exciton devenaient plus prononcées, conduisant à une augmentation significative de l'efficacité de la génération de photons intriqués, soit une multiplication par plus de dix par rapport au régime de faible puissance.

Importance

Cette recherche démontre le potentiel des sources de lumière quantique TMD atomiquement minces pour la génération efficace de photons intriqués. L’exploitation des interactions exciton-exciton offre une approche puissante pour améliorer les performances des dispositifs photoniques quantiques. Ces progrès contribuent à la miniaturisation et à l’intégration des technologies quantiques, ouvrant la voie à des applications pratiques dans les domaines de l’informatique quantique, de la cryptographie quantique et de la détection quantique.

Les résultats sont rapportés dans la revue Nature Communications .