Photon émettant de la lumière

Université de Leyde

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Un doctorat. Le candidat de a développé une technique innovante pour créer de manière plus contrôlée les éléments de base d'un futur ordinateur quantique ou Internet, ouvrant ainsi une solution potentielle à de nombreux défis rencontrés sur la route menant à cette technologie tant recherchée.

La thèse de doctorat de Petr Steindl, qu'il a soutenue la semaine dernière comme dernière étape de son doctorat. programme de l'Université de Leiden en Allemagne, explore une nouvelle technique de génération de photons à l'aide de points quantiques et de microcavités.

"En termes simples, un point quantique est un petit îlot de matériau semi-conducteur", a déclaré Steindl dans un communiqué de l'Université de Leiden. "Comme sa taille n'est que de quelques nanomètres, il ressent des effets quantiques, tout comme un atome."

Parfois appelés atomes artificiels, les points quantiques offrent un moyen plus contrôlable d’explorer les phénomènes quantiques, ce qui les rend idéaux pour la tâche consistant à émettre des photons uniques à partir d’un matériau.

Pour ce faire, Steindl a placé cette « île » semi-conductrice dans une microcavité, qui est un trou de seulement quelques nanomètres de diamètre, de sorte qu'il ne laisse passer que des longueurs d'onde précises de lumière.

"Vous pouvez imaginer cette cavité comme deux miroirs se faisant face", a déclaré Steindl. « La lumière laser rebondit entre eux. Le point quantique n’aime pas interagir avec la lumière, mais la cavité optique le rend plus probable car le laser passe le point plusieurs fois.

Cette lumière finit par interagir avec les électrons du point quantique, et c’est là que les choses deviennent intéressantes pour les chercheurs en informatique quantique.

"Le laser résonnant excite un électron dans le point quantique de son état d'énergie fondamentale à un état supérieur", a déclaré Steindl. « Lorsqu’il retombe à l’état fondamental, le point quantique émet un seul photon. La microcavité dirige commodément ce photon vers le reste de notre configuration.

Séparer le photon du laser est un défi car il a la même longueur d'onde que le laser, mais cela peut également être résolu selon Steindl.

« Le défi, cependant, est de séparer ce photon de la lumière laser. Il a la même longueur d'onde que le laser mais une polarisation légèrement différente. Vous pouvez exploiter cette propriété pour isoler le photon.

Les photons uniques peuvent ensuite être utilisés dans toutes sortes d’autres technologies, en particulier dans les applications informatiques quantiques où les photons uniques peuvent avoir de puissants effets quantiques.

"Nous savons que les photons uniques sont utiles pour la sécurité et l'authentification", a déclaré Steindl. « Par exemple, vous pouvez envoyer deux photons uniques identiques depuis des emplacements différents sur un séparateur de faisceau. Si ces photons arrivent dans un état altéré ou non simultanément, vous savez qu’il y a eu une écoute indiscrète.

"Je trouve totalement incroyable de construire ces structures lumineuses", a ajouté Steindl. « Le fait qu’il soit possible de faire cela est ahurissant. Que nous pouvons comprendre la physique à un niveau aussi profond. Bien que fascinant, le potentiel des applications quantiques me semble presque être un effet secondaire.