Une nouvelle source de lumière quantique

Publié par Redbran le 08/03/2016 à 12:00
Source: CNRS
Une nouvelle source de photons uniques ultra-brillante, 15 fois plus brillante que les sources usuelles et émettant des photons indiscernables à 99,5% les uns des autres, a été mise au point par des chercheurs du CNRS, de l'université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa transmission...) 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 parisien, entre les confluents de la Marne et de...) Diderot et de l'université Paris-Sud (1). Cette prouesse a été rendue possible grâce au positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et attractive au sein d’un marché et dans l’esprit des clients...), avec une précision nanométrique, d'une boîte quantique (2) dans une microcavité optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.). Un contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) électrique permet en outre de réduire le "bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation...)" autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent...) des boites quantiques, bruit qui rend habituellement les photons différents les uns des autres. Obtenus en collaboration avec des chercheurs de Brisbane (Australie), ces résultats permettront de réaliser des calculs quantiques d'une complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou en sciences...) sans précédent, premier pas vers la création d'ordinateurs quantiques. Ils sont publiés dans Nature Photonics le 7 mars 2016.

Le domaine de l'information quantique est un enjeu majeur pour l'économie à venir, les ordinateurs quantiques pouvant, théoriquement, être des centaines de millions fois plus rapides que les ordinateurs classiques. De nombreux systèmes sont explorés aujourd'hui pour développer ces futures technologies quantiques: atomes, ions, photons, etc. Les technologies quantiques optiques, qui utilisent la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...) comme vecteur (En mathématiques, un vecteur est un élément d'un espace vectoriel, ce qui permet d'effectuer des opérations d'addition et de multiplication par un scalaire. Un n-uplet peut constituer un exemple de vecteur, à condition...) de l'information quantique, ont connu des succès remarquables ces dernières années, tels que la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter-...) de clés cryptographiques ou la téléportation quantique (La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant à transférer l’état quantique d’un système vers un autre système...) sur des centaines de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...).

Cependant, les sources de photons disponibles aujourd'hui ne sont pas suffisamment efficaces pour utiliser l'information quantique à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle...). Ces sources doivent permettre l'émission d'un seul et unique photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette...) par impulsion lumineuse, ce que l'on appelle la brillance, et il est nécessaire que chacun de ces photons soient parfaitement identiques à ceux précédemment émis, c'est-à-dire qu'ils soient indiscernables les uns des autres. Alors que le premier frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) a été levé grâce à l'utilisation de boîtes quantiques, qui permettent l'émission d'un seul photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement interagissent, cette interaction...) par impulsion lumineuse, aucune technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) ne permettait, jusqu'à aujourd'hui, l'émission de photons parfaitement identiques à des rendements suffisants pour une utilisation en optique quantique.

Le principal défi pour les chercheurs a été de réduire le "bruit" autour de la boîte quantique, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en obtenant une forte brillance, qui limite habituellement l'indiscernabilité des photons. Les scientifiques ont donc positionné, avec une précision nanométrique, une boîte quantique dans une microcavité optique, une sorte de 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...) micrométrique confinant la lumière. L'application d'une tension (La tension est une force d'extension.) sur la microcavité permet de supprimer toute fluctuation électronique qui rendrait les photons émis discernables. En collaboration avec l'équipe du Pr. Andrew White à Brisbane (Australie), ils ont pu comparer ces nouvelles sources aux sources usuelles. Ils démontrent que ces sources de photons uniques indiscernables à 99,5% sont environ 15 fois plus brillantes que les sources usuelles: un photon unique indiscernable est collecté toutes les 6 impulsions excitatrices, contre 100 impulsions pour les sources lumineuses utilisées aujourd'hui. Par ailleurs, le processus de fabrication utilisé est le seul, à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...), à être parfaitement contrôlé et reproductible.

Ce résultat, attendu depuis longtemps par la communauté internationale, devrait donner un nouveau souffle aux technologies quantiques optiques grâce auxquelles des milliers de photons tous identiques pourront être manipulés pour réaliser des calculs quantiques d'une complexité sans précédent, un premier pas vers la création d'ordinateurs quantiques.


Cette image représente plusieurs sources de photons uniques: représentée par un point rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) au centre de la cavité, la boîte quantique semi-conductrice (de taille nanométrique) est insérée au centre de la cavité qui consiste en un pilier de 3 µm connecté à un cadre circulaire par des guides de 1.3 µm de large. Grâce à la tension électrique appliquée sur la cavité, la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) des photons émis peut être accordée et le bruit 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 lieu à un...) totalement supprimé.
© Niccolo Somaschi – Laboratoire de photonique et de nanostructures (CNRS)

Télécharger le communiqué de presse (Un communiqué de presse est un document court envoyé aux journalistes dans le but de couvrir un événement.): http://www2.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).).fr/sites/communique/fichier/cp_photons_uniques_vd.pdf

Notes:

(1) Les laboratoires français impliqués sont le Laboratoire de photonique et nanostructures (LPN-CNRS) et l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical...) Néel (CNRS). Des doctorants de l'université Paris-Sud et de l'université Grenoble Alpes ont contribué à cette étude. Pascale Senellart est également enseignante à l'École polytechnique.
(2) Les boîtes quantiques sont des nano cristaux de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) 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...) 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 diamètre si c'est une pièce...) sont typiquement de 20 nanomètres (soit 20 milliardièmes de mètres). De par leur taille, elles se comportent 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 (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué...) unique.
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 6.772 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique