Des photons simples dévoilent la nature quantique du cristal
En tant que nouvelle classe de systèmes permettant de tester la théorie quantique, les résonateurs micro- et nanomécaniques ont suscité beaucoup d'attention. Un système de résonateur important est une cavité opto-mécanique où la pression de rayonnement de la lumière circulant à l'intérieur de la cavité sert à manipuler et à lire les oscillateurs mécaniques. Le transfert des propriétés quantiques des photons simples vers les dispositifs macroscopiques requiert deux exigences fondamentales. Premièrement, il est nécessaire d'amener un oscillateur opto-mécanique à l'état quantique fondamental en le refroidissant jusqu'à une température proche du zéro absolu. Deuxièmement, la force entre le résonateur mécanique et le photon simple - la force de couplage - doit être élevée. Le projet OPTOMECH (Quantum opto-mechanics with photonic and phononic crystals), financé par l'UE, s'est concentré sur la conception et l'optimisation de systèmes opto-mécaniques, en particulier des cristaux. Les cristaux opto-mécaniques ont surclassé tous les dispositifs existants en termes de force de couplage, ce qui en fait des candidats parfaits pour le couplage de l'opto-mécanique quantique à l'émission monophotonique. En combinant des cryostats à flux continu d'hélium et la pression de rayonnement d'un laser, les scientifiques sont parvenus à refroidir le mouvement mécanique d'un dispositif opto-mécanique jusqu'à son état quantique fondamental. De plus, les schémas de couplage perfectionnés ont permis de démontrer qu'un refroidissement passif par réfrigération à dilution d'hélium était possible. L'équipe a employé de nouvelles méthodes pour cartographier une zone importante d'un résonateur nanomécanique sur un champ lumineux par pression de rayonnement. Un détecteur monophotonique a permis de détecter les photons émis et a amélioré la compréhension de la statistique s'y rapportant. Les résultats ont démontré que la statistique des photons émis pouvait présenter un état quantique. L'utilisation de la lumière comprimée avec fluctuations quantiques en dessous de celles du vide est proposée depuis longtemps comme moyen pour réduire le bruit en lecture optique. Les scientifiques ont réussi à générer une telle lumière comprimée par des mesures continues de la position de l'oscillateur mécanique. OPTOMECH a réussi à réaliser un certain nombre d'expériences quantiques avec des systèmes opto-mécaniques. Ces systèmes qui sont régis par des effets quantiques peuvent servir de capteurs quantiques d'une extrême sensibilité pour les applications d'information quantique.
Mots‑clés
Photons simples, couplage opto-mécanique, comportement quantique, cristaux phononiques, cristaux
