Une équipe de scientifiques de l’Université de Cambridge a réalisé une percée significative dans le développement de sources efficaces de photons intriqués, cruciales pour diverses applications des technologies quantiques. Leurs résultats, publiés dans la revue Nature Nanotechnology, démontrent comment les interactions excitoniques dans les semi-conducteurs ultrafins peuvent améliorer considérablement l'efficacité de la génération de photons intriqués.
Photons intriqués :une pierre angulaire des technologies quantiques
Les photons intriqués sont des paires de photons qui présentent une corrélation unique, connue sous le nom d'intrication quantique. Ce phénomène découle de la dualité onde-particule de la lumière et n’a pas d’équivalent classique. Les photons intriqués sont devenus des éléments fondamentaux de plusieurs technologies quantiques, notamment l’informatique quantique, la cryptographie quantique et la détection quantique.
Défis liés à la génération de photons intriqués
Malgré leur importance, générer efficacement des photons intriqués reste un défi de taille. Les méthodes conventionnelles impliquent souvent des configurations optiques volumineuses et complexes, limitant leurs applications pratiques. Les puits quantiques à semi-conducteurs, qui sont de fines couches de semi-conducteurs, sont apparus comme des candidats prometteurs pour une génération efficace de photons intriqués en raison de leurs fortes interactions lumière-matière. Cependant, l’efficacité de la génération de photons intriqués dans ces systèmes est souvent limitée par des processus de recombinaison non radiatifs, dans lesquels l’énergie des électrons et des trous excités est perdue sous forme de chaleur au lieu d’être émise sous forme de photons.
Les interactions excitoniques augmentent l'efficacité
Dans leur étude, les scientifiques de Cambridge ont exploité les interactions excitoniques dans des semi-conducteurs ultrafins pour surmonter les limites des sources conventionnelles de photons intriqués. Les excitons sont des quasiparticules résultant de la forte liaison des électrons et des trous dans les semi-conducteurs. En contrôlant soigneusement l'épaisseur et la composition des puits quantiques semi-conducteurs, les chercheurs ont pu améliorer les interactions excitoniques, conduisant à une augmentation substantielle de l'efficacité de la génération de photons intriqués.
Principales conclusions et implications
Les scientifiques ont observé une amélioration remarquable de l’efficacité de la génération de photons intriqués d’un facteur d’environ 100 par rapport aux structures de puits quantiques classiques. Cette amélioration significative a été attribuée à l'augmentation du taux de recombinaison radiative facilitée par les interactions excitoniques. De plus, les sources de lumière quantique ultrafines présentaient un degré élevé d’intrication de polarisation, ce qui les rendait adaptées à diverses applications de traitement de l’information quantique.
Les résultats ont des implications significatives pour le développement de technologies quantiques pratiques. Les sources de lumière quantique ultrafines offrent une solution compacte et efficace pour générer des photons intriqués, ouvrant la voie à des dispositifs quantiques miniaturisés et intégrés. Ces avancées pourraient permettre des percées dans les domaines de l’informatique quantique, de la communication quantique et de la détection quantique, nous rapprochant ainsi de la réalisation du plein potentiel des technologies quantiques.
