Des chercheurs des universités de Bâle, de la Ruhr et de Paderborn ont franchi une étape clé en générant, sur simple pression d’un bouton, des paires de photons identiques à 90 %.
Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue scientifique Physical Review Applied, alors que l’équipe scientifique est parvenue à produire des paires de photons indiscernables à 90 %, une condition indispensable pour atteindre l’intrication quantique et les interférences.
Des boîtes quantiques pour produire des photons identiques
Ce dispositif a permis d’exploiter un phénomène connu sous le nom de désintégration biexcitonique, pour surmonter les difficultés rencontrées lors des tentatives précédentes — où les photons manquaient de focalisation ou présentaient des corrélations purement temporelles — grâce à une boîte quantique semi-conductrice couplée à un résonateur optique.
En l’intégrant dans une cavité optique spécialisée comparable à celle d’un laser, l’équipe a pu accélérer et contrôler spécifiquement l’émission lumineuse. Stefan Schumacher, professeur de structures photoniques fonctionnelles à l’université de Paderborn, décrit la boîte quantique comme un atome artificiel au sein d’un semi-conducteur capable de générer des particules individuelles de lumière
.
Cette cascade biexcitonique libère alors consécutivement deux photons sur commande, durant un processus où une molécule composée de deux excitons liés — chacun formé d’un électron et d’un trou d’électron — subit une double excitation puis une désintégration.
Le passage de 60 % à 90 % d’indiscernabilité
Alors que les essais antérieurs plafonnaient à une indiscernabilité de 60 %, le contrôle exercé par la cavité a permis d’atteindre 90 % grâce à cette percée qui s’appuie sur des recherches antérieures menées sur l’interaction entre boîtes quantiques et cavités optiques par Richard Warburton, professeur de physique expérimentale de la matière condensée à l’université de Bâle.
Les résultats montrent une excellente concordance avec la prévision théorique et ouvrent la voie à la génération de photons dotés d’une indiscernabilité encore plus élevée.
Richard Warburton, professeur de physique expérimentale de la matière condensée à l’université de Bâle
Une plus grande indiscernabilité des photons se traduit directement par une diminution des erreurs lors du traitement des données quantiques. Klaus Jöns, responsable des dispositifs photoniques quantiques hybrides à l’université de Paderborn, rappelle que la pureté des particules produites est désormais principalement limitée par les vibrations du réseau cristallin du semi-conducteur, un phénomène nommé « alimentation par cavité » qui devra être pris en compte et minimisé dans les conceptions futures
.
À ne pas manquer