Mémoires quantiques: vers une conversion micro-onde / optique efficace
Publié par Adrien le 31/07/2019 à 08:00
Source: CNRS INC
Pour optimiser une mémoire quantique qui permet de stocker l'information portée par la lumière, il est particulièrement intéressant d'utiliser des matériaux dans lesquels des états quantiques optiques de longue durée de vie peuvent être observés. C'est le cas pour certains cristaux dopés par des ions de terres rares (Les terres rares sont un groupe de métaux aux propriétés voisines comprenant le scandium 21Sc, l'yttrium 39Y et les quinze lanthanides.) qui peuvent stocker l'information quantique optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), et ainsi permettre de la propager rapidement et sur de très grandes distances, puisqu'elle est sous forme optique. Cependant, l'information n'est pas toujours portée par la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...): certains circuits supraconducteurs fonctionnent par exemple dans un régime micro-ondes. Pour pouvoir faire circuler cette information rapidement et sur de longues distances, il est nécessaire de convertir, au niveau quantique, ces signaux micro-ondes en signaux optiques.


Cristaux d'orthosilicate d'yttrium dopes terres rares et schéma d'un montage permettant les études optiques et micro-ondes.
© Sacha Welinski.

C'est dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de...) qu'une équipe de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou proches.) 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 Seine, au centre du bassin...) (CNRS/Chimie ParisTech/PSL Université), en collaboration avec des équipes américaine (Université du Montana), canadienne (Université de Calgary) et néo-zélandaises (Université de Canterbury et d'Otago), s'est intéressée à de nouvelles interfaces optique / micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de radiodiffusion. Le terme de micro-onde provient du fait que ces ondes ont une longueur...). Pour cela, les scientifiques ont utilisé un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition scientifique de ce mot. Selon l'Union internationale de...) d'orthosilicate d'yttrium (Y2SiO5) dopé par des ions Er3+, déjà utilisés dans le domaine des télécommunications (Les télécommunications sont aujourd’hui définies comme la transmission à distance d’information avec des moyens électroniques. Ce terme est plus utilisé que le...) par fibre optique (Une fibre optique est un fil en verre ou en plastique très fin qui a la propriété de conduire la lumière et sert dans les...), et connus pour être susceptibles d'interagir avec des micro-ondes. Des mesures de spectroscopie optique et magnétique à très haute résolution montrent que cette combinaison (Une combinaison peut être :) peut induire une conversion très efficace micro-onde / optique.

Ces résultats ainsi que des calculs menés sur les niveaux d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) des ions Er3+ ouvrent la voie à de nouveaux développements dans les technologies quantiques utilisant ce type de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), aussi bien dans le domaine optique que micro-onde.

Références

S. Welinski, P. J. T. Woodburn, N. Lauk, R. L. Cone, C. Simon, P. Goldner, and C. W. Thiel.
"Electron Spin Coherence in Optically Excited States of Rare-Earth Ions for Microwave to Optical Quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure...) Transducers"

Physical Review Letters 122, 247401 (2019)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.247401

S. P. Horvath, J. V. Rakonjac, Y.-H. Chen, J. J. Longdell, P. Goldner, J.-P. R. Wells, and M. F. Reid,
"A comprehensive understanding of ground and optically-excited hyperfine structure of 167Er3+:Y2SiO5"

Physical Review Letters à paraître.
https://arxiv.org/abs/1809.01058
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