Une nouvelle source ultra brillante de photons jumeaux
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Une nouvelle source de photons intriqués 20 fois plus brillante que tous les systèmes existants a été mise au point par une équipe du Laboratoire de Photonique et de Nano-structures (LPN) du CNRS. Ce dispositif inédit est capable d'augmenter considérablement le débit des communications quantiques et constitue un élément clé des futurs procédés de logique quantique. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 8 juillet 2010.
Cette image représente en haut à droite le nouveau composant fabriqué dans cette expérience:
deux piliers de taille micrométrique sont couplés pour former la "molécule photonique".
La boite quantique semi-conductrice (de taille nanométrique) est insérée dans l'un des piliers
(c'est le point lumineux blanc dans le pilier de droite). La partie basse de l'image montre les diagrammes
de rayonnement des photons intriqués émis par le composant.
Prenez un photon à Paris et un autre à Tokyo: s'ils sont "intriqués", ils sont interdépendants et la mesure des propriétés de l'un permet de connaître instantanément les propriétés de son jumeau, quelque soit la distance les séparant. Cette mystérieuse propriété, appelée "intrication", a un grand potentiel d'application dans les domaines de l'information, tels que la cryptographie, l'ordinateur ou la téléportation quantiques. Habituellement, les chercheurs utilisent des sources de paires de photons - ou jumeaux- intriqués faciles à mettre en place (un laser transformant un photon en deux photons de couleur différente) mais avec une brillance très faible: moins d'une impulsion sur 100 contient effectivement une paire de photons intriqués ce qui limite fortement le débit de toute communication quantique. De plus, la taille de ces sources les rend difficile à intégrer dans des microsystèmes.
Une équipe du Laboratoire de Photonique et de Nano-structures (LPN) du CNRS a mis au point une source lumineuse de photons intriqués 20 fois plus brillante que tous les systèmes existants. Les chercheurs ont inventé un système original de "molécule photonique" dans laquelle une boîte quantique (1) semi-conductrice émet une paire de photons intriqués par impulsion excitatrice. Cette molécule photonique constitue un piège pour chacun des photons de la paire et permet de les collecter efficacement. La source ainsi réalisée fonctionne à un débit d'une paire de photons émise toutes les 8 impulsions (contre une paire toutes les 100 impulsions obtenue jusqu'à présent). A terme, les chercheurs devraient atteindre un débit proche d'une paire de photons par impulsion. Grâce à ce dispositif, des diodes électroluminescentes de paires de photons intriqués pourront par exemple être fabriquées et présenter des débits proches du gigahertz (c'est-à-dire de l'ordre du milliard de hertz). Les scientifiques du LPN ont par ailleurs montré que l'utilisation de ce concept de "molécule photonique" permet d'améliorer la qualité de l'intrication des paires de photons émises.
Référence:
Ultrabright source of entrangled photon pairs, Adrien Dousse, Jan Suffczy?ski, Alexios Beveratos, Olivier Krebs, Aristide Lemaître, Isabelle Sagnes, Jacqueline Bloch, Paul Voisin et Pascale Senellart, Nature, 8 juillet 2010.
Note:
(1) Les boites quantiques sont des nanocristaux de matériau semi-conducteur dont les dimensions sont typiquement à 20 nanomètres (soit 20 milliardièmes de mètres). De par sa taille, il se comporte comme un puit de potentiel qui confine les porteurs de charge dans les trois dimensions de l'espace, soit quelques dizaines de nanomètres dans un semi-conducteur. Ce confinement donne aux boîtes quantiques des propriétés proches de celles d'un atome.