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Un commutateur optique sans chaleur fait progresser la technologie de l’informatique quantique

Une nouvelle méthode de contrôle des photons uniques sans production de chaleur permet l’intégration de commutateurs optiques et de détecteurs de photons uniques dans une seule puce.

Économie numérique

Les travaux des chercheurs de l’Institut Royal de Technologie KTH de Suède et de l’Université Johannes Kepler à Linz, en Autriche, ont permis d’intégrer des commutateurs optiques et des détecteurs de photons uniques dans une seule puce. Avec le soutien du projet S2QUIP financé par l’UE, l’équipe de recherche a contribué à l’avancement de la recherche dans le domaine de l’informatique quantique en développant une nouvelle méthode sans chaleur pour contrôler les photons uniques. Les travaux et résultats de l’équipe sont publiés dans la revue «Nature Communications». Les commutateurs optiques actuels fonctionnent en chauffant des conduits de lumière à l’intérieur d’une puce à semiconducteur. «Cette approche n’est pas valable pour l’optique quantique», remarque l’auteur principal Samuel Gyger, de l’Institut Royal de Technologie KTH, partenaire du projet S2QUIP, dans un article de presse publié sur le site web «EurekAlert!». «Comme notre objectif est de détecter chaque photon unique, nous utilisons des détecteurs quantiques qui fonctionnent en mesurant la chaleur émise par un photon unique lorsqu’il est absorbé par un matériau supraconducteur. En utilisant des commutateurs classiques, nos détecteurs seraient submergés par la chaleur et ne seraient plus du tout fonctionnels» poursuit Samuel Gyger. La chaleur générée par des circuits photoniques reconfigurables n’est donc pas compatible avec des détecteurs de photons uniques supraconducteurs thermosensibles, ce qui complique l’intégration de ces circuits et de ces détecteurs dans une seule puce.

Éliminer la chaleur de l’équation du commutateur optique

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont mis au point un commutateur optique reconfiguré par un mécanisme électromécanique microscopique qui remplace la chaleur. Par conséquent, les photons uniques peuvent être contrôlés sans que la puce à semiconducteur ne chauffe et n’inhibe les détecteurs de photons uniques. Cela permet au commutateur d’être compatible avec les détecteurs thermosensibles, et ainsi d’être inséré dans une puce unique. En plus de démontrer la compatibilité sur-puce des circuits photoniques reconfigurables et des détecteurs de photons uniques supraconducteurs, les chercheurs ont aussi découvert trois fonctionnalités-clés des technologies quantiques photoniques. Il s’agit de la propagation reconfigurable de la lumière classique et de la lumière quantique, de la détection de l’imagerie à grande gamme dynamique des photons uniques et de la stabilisation de puissance de l’excitation optique par utilisation de boucle de rétroaction. Leurs résultats ont mis en évidence que l’association de systèmes microélectromécaniques et de détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs «permettaient l’insertion sur-puce non seulement des éléments principaux des optiques quantiques mais aussi de composants utilisés pour le contrôle adaptatif, le monitorage et la stabilisation des optiques classiques et quantiques» comme le décrit l’étude. «Notre technologie sera utile pour relier tous les éléments nécessaires aux circuits optiques intégrés des technologies quantiques», observe le co-auteur Carlos Errando-Herranz, de l’Institut Royal de Technologie KTH, dans un article paru sur le site web «EurekAlert!». «Les technologies quantiques permettront d’obtenir un cryptage sécurisé des messages ainsi que des méthodes de calcul rendant possible la résolution de problèmes hors de portée des ordinateurs actuels. Elles fourniront également des outils de simulation qui nous permettront de comprendre les lois fondamentales de la nature, ouvrant le champ à la découverte de nouveaux matériaux et médicaments.» L’objectif de S2QUIP (Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics) est de provoquer un changement de paradigme dans le développement de sources de lumière quantique évolutives, rentables et sur-puce. Le projet s’achèvera en mars 2022. Pour plus d’informations, veuillez consulter: site web du projet S2QUIP

Mots‑clés

S2QUIP, quantique, détecteur de photons uniques, commutateur optique, puce

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