(À gauche) Illustration et (à droite) image au microscope codée par couleur d'un nanofil (vert) intégré dans un guide d'ondes photonique (gris à gauche, violet à droite). Dans l'illustration, les photons émis par le nanofil sont représentés par des sphères rouges. Les encarts montrent un nanofil électroluminescent, qui dans l'image du microscope est attaché à la pointe d'un nanomanipulateur. Crédit :Zadeh, et al. ©2016 Société chimique américaine
(Phys.org)—Une approche prometteuse pour l'informatique quantique évolutive consiste à utiliser une architecture tout optique, dans lequel les qubits sont représentés par des photons et manipulés par des miroirs et des séparateurs de faisceaux. Jusque là, des chercheurs ont démontré cette méthode, appelé Informatique Quantique Optique Linéaire, à très petite échelle en effectuant des opérations avec seulement quelques photons. Dans une tentative d'étendre cette méthode à un plus grand nombre de photons, les chercheurs d'une nouvelle étude ont développé un moyen d'intégrer pleinement les sources de photons uniques à l'intérieur des circuits optiques, créer des circuits quantiques intégrés qui peuvent permettre un calcul quantique optique évolutif.
Les chercheurs, Iman Esmaeil Zadeh, Ali W. Elshaari, et co-auteurs, ont publié un article sur les circuits quantiques intégrés dans un récent numéro de Lettres nano .
Comme l'expliquent les chercheurs, l'un des plus grands défis auxquels est confrontée la réalisation d'un système d'informatique quantique optique linéaire efficace consiste à intégrer plusieurs composants qui sont généralement incompatibles les uns avec les autres sur une seule plate-forme. Ces composants comprennent une source à photon unique telle que des points quantiques ; des dispositifs de routage tels que des guides d'ondes; des dispositifs de manipulation de photons tels que des cavités, filtres, et les portes quantiques; et des détecteurs à photon unique.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont démontré expérimentalement une méthode pour intégrer des points quantiques générant des photons uniques à l'intérieur de nanofils qui, à son tour, sont encapsulés dans un guide d'ondes. Pour ce faire avec la haute précision requise, ils ont utilisé un "nanomanipulateur" constitué d'une pointe en tungstène pour transférer et aligner les composants. Une fois à l'intérieur du guide d'ondes, des photons uniques pourraient être sélectionnés et acheminés vers différentes parties du circuit optique, où des opérations logiques peuvent éventuellement être effectuées.
"Nous avons proposé et démontré une solution hybride pour l'optique quantique intégrée qui exploite les avantages des sources de photons uniques de haute qualité avec une photonique à base de silicium bien développée, " Zadéh, à l'Université de technologie de Delft aux Pays-Bas, Raconté Phys.org . "En outre, cette méthode, contrairement aux travaux précédents, est totalement déterministe, c'est à dire., seules les sources quantiques ayant les propriétés sélectionnées sont intégrées dans les circuits photoniques.
"L'approche proposée peut servir d'infrastructure pour la mise en œuvre de circuits optiques quantiques intégrés évolutifs, qui a un potentiel pour de nombreuses technologies quantiques. Par ailleurs, cette plate-forme fournit de nouveaux outils aux physiciens pour étudier l'interaction forte lumière-matière à l'échelle nanométrique et la QED de la cavité [électrodynamique quantique].
L'une des mesures de performance les plus importantes pour l'informatique quantique optique linéaire est l'efficacité de couplage entre la source de photons uniques et le canal photonique. Une faible efficacité indique une perte de photons, ce qui réduit la fiabilité de l'ordinateur. Le montage atteint ici une efficacité de couplage d'environ 24% (ce qui est déjà considéré comme bon), et les chercheurs estiment que l'optimisation de la conception et du matériau du guide d'ondes pourrait l'améliorer à 92 %.
En plus d'améliorer l'efficacité du couplage, à l'avenir, les chercheurs prévoient également de démontrer l'enchevêtrement sur puce, ainsi qu'augmenter la complexité des circuits photoniques et des détecteurs à photon unique.
"Finalement, l'objectif est de réaliser un réseau quantique entièrement intégré sur puce, " dit Elshaari, à l'Université de technologie de Delft et à l'Institut royal de technologie (KTH) de Stockholm. "En ce moment, il y a beaucoup d'opportunités, et le terrain n'est pas bien exploré, mais le réglage sur puce des sources et la génération de photons indiscernables font partie des défis à surmonter."
© 2016 Phys.org
