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Posté par Michel le Vendredi 09/07/2010 à 00:00
Une nouvelle source ultra brillante de photons jumeaux
Cryptographie, ordinateur ou téléportation quantiques: au cœur de ces applications réside un phénomène fascinant appelé « intrication ». Deux photons jumeaux sont intriqués si les propriétés de l'un dépendent de celles de l'autre, quelle que soit la distance les séparant.

Une nouvelle source de photons intriqués 20 fois plus brillante que tous les systèmes existants a été mise au point (Graphie) par une équipe du Laboratoire de Photonique et de Nano-structures (LPN) du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).). Ce dispositif inédit est capable d'augmenter considérablement le débit des communications quantiques et constitue un élément clé des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) procédés de logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison,...) 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 (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on en donne parfois :...) dans le pilier (Un pilier est un organe architectural sur lequel se concentrent de façon ponctuelle les charges de la superstructure (par exemple les charges d'une charpente ou...) de droite). La partie basse de l'image montre les diagrammes
de rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) des photons intriqués émis par le composant.

Prenez un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....) à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la...) 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 (Littéralement, le terme jumeau se réfère à tous les individus (ou l'un de ceux-ci) qui ont partagé le même utérus et qui sont nés le même...), 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 (La cryptographie est une des disciplines de la cryptologie s'attachant à protéger des messages (assurant confidentialité, authenticité et...), l'ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques...) ou la téléportation quantiques. Habituellement, les chercheurs utilisent des sources de paires de photons - ou jumeaux- intriqués faciles à mettre en place (un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le...) transformant un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....) en deux photons de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) différente) mais avec une brillance très faible: moins d'une impulsion sur 100 contient effectivement une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de photons intriqués ce qui limite fortement le débit de toute communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine...) 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 (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) 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 (Un semi-conducteur est un matériau qui a les caractéristiques électriques d'un isolant, mais pour lequel la probabilité qu'un électron puisse contribuer à un courant électrique, quoique faible, est...) dont les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son...) 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 (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne...) 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 (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner...).



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Source: CNRS
Illustration: © Jean-Louis Le Hir
 
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