Quand vous pensez à l’espace vide, vous imaginez presque certainement un vide dans lequel rien d’intéressant ne peut jamais se produire. Cependant, si nous zoomons sur de minuscules échelles de longueur où les effets quantiques commencent à devenir importants, il s'avère que ce que vous pensiez vide est en réalité rempli à tout moment d'une masse bouillonnante d'activité électromagnétique, alors que des photons virtuels apparaissent et disparaissent. .
Ce phénomène inattendu est connu sous le nom de champ de fluctuation du vide. Mais comme ces fluctuations d'énergie lumineuse sont si faibles et éphémères dans le temps, il est difficile de trouver des moyens pour la matière d'interagir avec elles, en particulier au sein d'un seul appareil intégré.
Dans une étude intitulée "Détection électrique d'une interaction cohérente ultraforte entre les champs térahertz et les électrons à l'aide de contacts ponctuels quantiques" publiée ce mois-ci dans Nano Letters , des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont réussi à fabriquer un système hybride unique à l'échelle nanométrique pour faire exactement cela. Dans leur conception, un contact ponctuel quantique connecte un seul résonateur à anneau fendu sur puce à un système électronique bidimensionnel.
Le résonateur à anneau fendu, qui est une boucle métallique carrée de taille nanométrique avec un minuscule espace, répond le plus fortement lorsqu'il est excité par des fréquences de résonance spécifiques du rayonnement électromagnétique térahertz. Les mesures optiques conventionnelles nécessitaient auparavant des réseaux comportant de nombreux résonateurs, mais l'équipe est désormais capable de détecter un couplage ultra-fort à l'aide d'un seul résonateur térahertz à anneau divisé connecté à des électrons 2D.
Pour rendre le traitement de l’information quantique plus réalisable à l’avenir, il est important de pouvoir déterminer l’état quantique à l’aide d’une structure simple à résonateur unique. Cet objectif est également rendu plus réalisable grâce à la détection électrique plutôt qu'optique, qui est réalisée à l'aide du contact électrique du point quantique.
"On dit que la matière qui peut interagir avec les fluctuations du vide du champ électromagnétique se trouve dans un régime de couplage ultra-fort", explique le premier auteur de l'étude, Kazuyuki Kuroyama. L'expérience a montré que le signal actuel dans le point de contact quantique pouvait être utilisé pour détecter le couplage ultrafort du résonateur à anneau fendu unique avec le gaz d'électrons 2D.
De plus, le courant électrique pourrait être mesuré dans le contact du point quantique, même sans application de rayonnement externe. Les modulations du courant ont permis aux chercheurs de conclure que les interactions entre le gaz d'électrons 2D et les fluctuations du champ de vide du résonateur se produisent toujours en l'absence de rayonnement térahertz.
"Nos résultats pourraient permettre la création de capteurs quantiques très sensibles fonctionnant sur la base du couplage entre les fluctuations du vide et un dispositif quantique hybride intégré", explique Kazuhiko Hirakawa, auteur principal.
En plus d'en apprendre davantage sur les lois fondamentales de la nature à très petite échelle, les résultats de cette étude pourraient être utilisés pour aider à développer de futurs ordinateurs quantiques capables d'utiliser les phénomènes habituels pour traiter ou transmettre des données.
Plus d'informations : Kazuyuki Kuroyama et al, Détection électrique d'une interaction cohérente ultra-forte entre les champs térahertz et les électrons à l'aide de contacts ponctuels quantiques, Nano Letters (2023). DOI :10.1021/acs.nanolett.3c02272
Informations sur le journal : Lettres nano
Fourni par l'Université de Tokyo
