Des chercheurs de l'Université de Bâle et de l'Université de la Ruhr à Bochum ont développé une source de photons uniques pouvant produire des milliards de ces particules quantiques par seconde. Avec son efficacité record, la source de photons représente un nouveau et puissant bloc de construction pour les technologies quantiques.

La cryptographie quantique promet des communications absolument sécurisées. Un élément clé ici sont des chaînes de photons uniques. Les informations peuvent être stockées dans les états quantiques de ces particules lumineuses et transmises sur de longues distances. À l'avenir, les processeurs quantiques distants communiqueront entre eux via des photons uniques. Et peut-être que le processeur lui-même utilisera des photons comme bits quantiques pour le calcul.

Un prérequis de base pour de telles applications, cependant, est une source efficace de photons uniques. Une équipe de recherche dirigée par le professeur Richard Warburton, Natasha Tomm et Dr. Alisa Javadi de l'Université de Bâle, avec des collègues de Bochum, rapporte maintenant dans le journal Nature Nanotechnologie sur le développement d'une source à photon unique qui surpasse de manière significative les systèmes connus en termes d'efficacité.

"L'entonnoir" guide les particules légères

Chaque photon est créé en excitant un seul « atome artificiel » (un point quantique) à l'intérieur d'un semi-conducteur. D'habitude, ces photons quittent la boîte quantique dans toutes les directions possibles et donc une grande partie est perdue. Dans la source de photons maintenant présentée, les chercheurs ont résolu ce problème en positionnant la boîte quantique à l'intérieur d'un "entonnoir" pour envoyer tous les photons dans une direction spécifique.

L'entonnoir est une nouvelle micro-cavité qui représente la véritable innovation de l'équipe de recherche :la micro-cavité capte la quasi-totalité des photons puis les dirige dans une fibre optique. Les photons, chacun d'environ deux centimètres de long, émergent à l'extrémité d'une fibre optique.

L'efficacité de l'ensemble du système, c'est-à-dire la probabilité que l'excitation de la boîte quantique aboutisse réellement à un photon utilisable est de 57 %, plus du double de celui des sources à photons uniques précédentes. "C'est un moment vraiment spécial, " explique l'auteur principal Richard Warburton. " Nous savons depuis un an ou deux ce qui est possible en principe. Maintenant, nous avons réussi à mettre nos idées en pratique."

Augmentation énorme de la puissance de calcul

L'augmentation de l'efficacité a des conséquences importantes, Warburton ajoute : « augmenter l'efficacité de la création de photons uniques d'un facteur deux équivaut à une amélioration globale d'un facteur d'un million pour une chaîne de, dire, 20 photons. À l'avenir, nous aimerions encore améliorer notre source de photons uniques :nous aimerions la simplifier et poursuivre certaines de ses innombrables applications en cryptographie quantique, l'informatique quantique et d'autres technologies."