Chercheurs du Groupe de recherche en photonique, un groupe de recherche imec de l'université de Gand et du MIT ont annoncé avoir intégré des émetteurs de photons uniques dans des matériaux en couches 2D avec une puce photonique en nitrure de silicium. Même pour des rendements quantiques modérés, les cavités diélectriques pourraient être conçues de telle sorte que l'extraction d'un photon unique dans le mode guidé puisse atteindre l'unité. Les résultats publiés dans Communication Nature , constituent une étape cruciale dans la recherche fondamentale en photonique quantique et en matériaux 2D.

Les circuits intégrés photoniques (PIC) permettent la miniaturisation de circuits optiques quantiques complexes connectant un grand nombre de dispositifs photoniques avec des pertes d'insertion et une stabilité de phase optimisées. Un élément central d'un tel circuit quantique intégré est un émetteur de photons uniques (SPE), et divers systèmes de matériaux ont été étudiés pour créer de tels SPE sur puce. Les SPE 2-D ont des propriétés uniques qui les rendent particulièrement attrayantes pour l'intégration avec les PIC. D'abord, ils peuvent être facilement interfacés avec des PIC et empilés pour créer des hétérostructures complexes. Seconde, en raison de leur minceur, et l'absence de réflexion interne totale, ils permettent des rendements d'extraction de lumière très élevés sans nécessiter de traitement supplémentaire, permettant un transfert efficace de photons uniques entre l'hôte et le PIC sous-jacent. Troisième, Les matériaux 2-D cultivés avec une grande uniformité à l'échelle des plaquettes sont de plus en plus disponibles.

Grâce à l'ingénierie des contraintes à l'échelle nanométrique, l'équipe a couplé des SPE 2-D à un guide d'ondes en nitrure de silicium compatible CMOS. De plus, ils ont extrait des paramètres de performance cruciaux pour cette source et les ont utilisés dans une analyse d'optimisation pour maximiser l'extraction de photon unique et l'indiscernabilité dans le mode guidé. Il a été constaté que même pour des rendements quantiques modérés, les cavités diélectriques pourraient être conçues de telle sorte que l'extraction d'un photon unique dans le mode guidé puisse atteindre l'unité.

"Ces résultats constituent une étape cruciale dans la mise à l'échelle des dispositifs photoniques quantiques utilisant des sources de photons uniques intégrées basées sur la 2D, " a déclaré Frédéric Peyskens, premier auteur de l'article.