Les sources de lumière sur puce et les qudits: le nouveau visage de l’informatique quantique?
Les systèmes photoniques sur puce, petits, pratiques et très efficaces, jouent un rôle central dans la production et le contrôle des impulsions optiques dans les régimes classique et quantique, un sujet au cœur du projet DC FlexMIL, financé par l’UE. Ces recherches ont été menées avec le soutien du programme Marie Curie. «Nous avons travaillé sur la mise au point d’une nouvelle classe de sources de lumière pulsée intégrées dans les régimes classiques et non classiques, avec des propriétés d’émission stables et flexibles», note Michael Kues, titulaire de la bourse Marie Curie et récemment nommé professeur à l’université Leibniz de Hanovre. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé des résonateurs à micro-anneau optique. Les fréquences de résonance créent des interférences constructives dans un guide d’onde en anneau, ce qui permet d’obtenir de nombreuses couleurs différentes. Tirant profit d’un phénomène non linéaire appelé mélange à quatre ondes à l’intérieur de ces résonateurs à micro-anneau, les chercheurs ont exploité ces systèmes pour créer des sources de lumière contrôlables dotées de propriétés innovantes et inédites. Enregistrer la largeur de bande optique des lasers pulsés L’équipe du projet a réussi à créer un laser à la fois miniaturisé et efficace, avec un résonateur à micro-anneau lui servant de cavité. Il s’agit du premier laser pulsé nanoseconde à verrouillage de mode de Kerr passif avec une largeur spectrale de 105 MHz limitée par transformée, une valeur aussi faible constituant un record. Son mécanisme de verrouillage de mode tient au mélange à quatre ondes. «Notre nouvelle architecture laser s’est appuyée sur les dernières avancées concernant les processus non linéaires dans les microcavités optiques. Nous avons en particulier exploité le fait que la bande passante du résonateur à micro-anneau intégré de haute qualité soit étroite, ce qui permet, outre des déphasages non linéaires élevés, de générer des impulsions de l’ordre de la nanoseconde grâce au verrouillage de mode», explique le professeur Kues. Le laser pulsé généré en sortie avait une largeur de bande spectrale si étroite qu’elle était inaccessible pour les analyseurs de spectre optique de pointe. Pour caractériser la largeur de bande laser, les chercheurs ont plutôt utilisé une technique de battement optique cohérent. Ce record en matière de faible largeur de bande laser a permis, pour la première fois, de mesurer toutes les caractéristiques spectrales d’un laser à verrouillage de mode dans le domaine des radiofréquences (RF) en utilisant un type d’électronique RF facilement disponible. Cela a permis de vérifier la forte cohérence temporelle du laser. Les systèmes laser à verrouillage de mode passif constituent le meilleur choix pour générer des trains d’impulsions optiques à faible bruit. De tels systèmes permettent de créer des références de fréquence optique stables pour la métrologie (par exemple pour les horloges optiques) et les interactions lumière-matière de haute intensité. Informatique quantique – Quand qui peut le moins, peut le plus La plupart des tentatives de fabrication concrète d’ordinateurs quantiques se sont jusqu’à présent appuyées sur les qubits qui, contrairement aux bits classiques, peuvent contenir simultanément deux valeurs (0 et 1). Au lieu d’augmenter le nombre de qubits pour atteindre les capacités de traitement requises pour faire une science de l’information quantique qui ait du sens, il serait plus facile de gérer un plus petit nombre de qudits, chacun d’entre eux pouvant contenir une plus grande gamme de valeurs. «Nous avons généré, pour la première fois sur une puce intégrée, deux qudits intriqués possédant chacun 10 niveaux, pour un total de 100 dimensions. C’est supérieur à ce que ce que six qubits intriqués seraient capables de générer», note le professeur Kues. L’équipe a utilisé des dispositifs sur puce et des composants couramment utilisés en télécommunications pour créer et manipuler les états quantiques. Grâce à un mappage fréquence-temps, l’équipe du projet a transformé ces états quantiques très intriqués en états de clusters avec beaucoup de dimensions. «Ce nouveau type de systèmes quantiques constitue un outil optimal pour effectuer des opérations en informatique quantique», conclut le professeur Kues.
Mots‑clés
DC FlexMIL, qudit, sur puce, résonateur à micro-anneau, qubit, ordinateur quantique, radiofréquence (RF), métrologie, laser à verrouillage de mode, mélange à quatre ondes
