Une étude récente a dévoilé une avancée significative vers l’intégration sur puce de sources monophotoniques à température ambiante. Cette réalisation représente une avancée significative dans le domaine de la photonique quantique et est prometteuse pour diverses applications, notamment l'informatique quantique, la cryptographie et la détection.

L’innovation clé réside dans la mise en œuvre d’une antenne hybride métal-diélectrique, qui offre une directionnalité photonique exceptionnelle. Cette nouvelle conception d'antenne permet une rétro-excitation efficace des photons en plaçant l'émetteur dans un trou sub-longueur d'onde positionné au centre de l'antenne. Cette configuration permet à la fois une rétro-excitation directe et un couplage frontal très efficace de l'émission vers des optiques ou des fibres optiques à faible ouverture numérique.

L'étude démontre la polyvalence de ce concept en fabriquant des dispositifs contenant soit des points quantiques colloïdaux, soit des nanodiamants contenant des centres de silicium vacants, tous deux étant d'excellents émetteurs de photons uniques, même à température ambiante. Ces émetteurs ont été positionnés avec précision à l'aide de deux méthodes de nanopositionnement distinctes.

Remarquablement, les deux types de dispositifs rétro-excités présentaient des efficacités de collecte frontale d'environ 70 % à des ouvertures numériques aussi basses que 0,5. Cela signifie que l'on peut utiliser des éléments optiques très simples et compacts tout en collectant la plupart des photons dans le canal souhaité ou en envoyant avec précision les photons émis dans une fibre optique à proximité sans avoir besoin d'optiques de couplage supplémentaires.

Il s’agit d’un ingrédient clé pour intégrer les sources de lumière quantique dans de véritables systèmes quantiques. Ce processus rationalisé promet de simplifier les futurs efforts d'intégration et d'accélérer la réalisation de dispositifs photoniques quantiques pratiques.

Le document de recherche intitulé "Sources de photons uniques couplées à des fibres à température ambiante basées sur des points quantiques colloïdaux et des centres SiV dans des nanoantennes à excitation arrière" est publié dans Nano Letters. .

Le travail a été dirigé par Boaz Lubotzky pendant son doctorat. recherche, en collaboration avec le professeur Ronen Rapaport de l'Institut de physique Racah de l'Université hébraïque de Jérusalem, en collaboration avec des équipes du Laboratoire national de Los Alamos et de l'Université d'Ulm en Allemagne.

Lubotzky a commenté l'importance de cette réussite en déclarant :"En surmontant les principaux défis associés à l'intégration sur puce de sources de photons uniques, nous avons ouvert de nouvelles possibilités passionnantes pour le développement de technologies quantiques avancées."

L'intégration réussie de sources à photons uniques sur de minuscules puces à température ambiante, obtenue grâce à l'utilisation innovante d'une antenne hybride métal-diélectrique, a des applications immédiates pour faire progresser la cryptographie quantique pour une communication sécurisée, améliorer les technologies de détection et rationaliser le processus d'intégration pour appareils photoniques quantiques pratiques.

Les résultats de l'étude ouvrent la porte à des applications commerciales et au développement de nouveaux produits dans le domaine en plein essor des technologies quantiques.

Plus d'informations : Boaz Lubotzky et al, Sources de photons uniques couplées à des fibres à température ambiante basées sur des points quantiques colloïdaux et des centres SiV dans des nanoantennes à excitation arrière, Nano Letters (2024). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c03672

Informations sur le journal : Lettres nano

Fourni par l'Université hébraïque de Jérusalem