Les chercheurs grimpent sur l'échelle quantique
Une équipe de scientifiques financés par l'UE de l'université de Cardiff, au Royaume-Uni, est parvenue à décharger des photons (particules de lumière) dans une petite tour de matériau semi-conducteur. Les travaux pourraient éventuellement mener au développement d'ordinateurs plus performants. Les travaux s'inscrivent dans le cadre du projet CUSMEQ («Coherent ultra-fast spectroscopy and manipulation of excitonic Q-bits»), financé au titre du programme Personnes du septième programme-cadre (7e PC) à hauteur de près de 179 000 euros. CUSMEQ a étudié la spectroscopie cohérente ultra-rapide et la manipulation d'états excitoniques individuels au sein du point quantique semi-conducteur. Les résultats de l'étude ont récemment été présentés dans la revue Nature Materials. Les scientifiques, de l'École de physique et d'astronomie de l'université, expliquent qu'un photon entre en collision avec un électron confiné dans une petite structure dans la tour. Avant que les particules de lumière n'émergent de nouveau, elles oscillent brièvement entre les états de lumière et de matière. «Marier un état de lumière et de matière est un phénomène exigeant des points de vue technologique et conceptuel. On peut y arriver en intégrant un exciton coincé en un point quantique dans une microcavité optique, dans laquelle le champ de photon est confiné à un petit volume modulaire», expliquent les auteurs. «Ainsi, un quantum d'une excitation optique oscille entre la lumière et la matière avant sa fuite et sa dissipation dans le monde extérieur.» L'équipe de recherche a conduit ce test en utilisant des photons individuels ainsi que des paires. Les chercheurs expliquent qu'une paire de photon peut augmenter la fréquence de l'oscillation entre la lumière et la matière par rapport aux photons individuels. Les résultats de leur recherche correspondent à ceux d'études ayant fait des prédictions théoriques il y a près d'un demi-siècle. L'équipe de Cardiff a utilisé un tube semi-conducteur d'à peine 1,8 micromètre (1 micromètre correspond à un millième de millimètre) de diamètre et ont maintenu la température à -263°C. Les photons étaient piégés à l'intérieur du tube pour une dizaine de picosecondes (une picoseconde correspond à un millième de milliardième de seconde). Le secteur des TIC (technologies de l'information et de la communication) bénéficiera grandement des résultats obtenus. Les chercheurs expliquent que le potentiel de construction de systèmes logiques basés sur les interactions de ces particules (ce que les experts appellent l'informatique quantique) ne cesse de croître. Un tel développement aboutira à un traitement plus efficace, étant donné que les particules se déplaceront plus vite et dépenseront moins d'énergie que les composants électroniques d'ordinateurs classiques. «Cette interaction peut produire un flux constant de photons et constituer le fondement de la logique du photon individuel, qui nécessite un minimum d'énergie pour faire de la logique», expliquait le professeur Wolfgang Langbein de l'École de physique et d'astronomie. «À long terme, ces résultats auront des implications dans plusieurs domaines, dont l'informatique, les télécommunications et les dispositifs de cryptographie», ajoute-il. Les chercheurs doivent cependant surmonter quelques défaillances techniques. Le professeur Langbein expliquait: «Pour utiliser cette technologie dans de véritables appareils informatiques, il faudra considérablement améliorer les propriétés relatives à la basse température pour atteindre des conditions de température ambiante. Actuellement, nous n'avons aucune idée de la façon d'y parvenir, mais ce n'est pas impossible.»
Pays
Royaume-Uni