L'interférence quantique pour une nouvelle source de photons uniques

Grâce à des investissements massifs, les technologies quantiques ont récemment fait leur entrée dans l'industrie. Alors que les premiers ordinateurs quantiques reposent essentiellement sur des circuits supraconducteurs, la photonique est la plate-forme la plus prometteuse pour les puces quantiques intégrables et se trouve déjà au cœur des dispositifs de cryptography quantique disponibles sur le marché.

Le traitement de l'information quantique par la lumière repose sur l'extraction des photons individuels, qui codent l'information, à partir du flux aléatoire d'une source laser. L'approche la plus conventionnelle consiste à piéger la lumière laser à l'intérieur d'une cavité optique caractérisée par une réponse fortement non linéaire.

Ce piégeage repose sur le couplage fort entre la lumière et la matière. Dans ces conditions, la cavité ne peut absorber plus d'un photon à la fois qui est ensuite reémis, se comportant comme un "portique" pour le laser: on parle alors de Photon Blockade. Cependant, la réalisation expérimentale d'une cavité optique fortement non-linéaire reste une tâche d'ingénierie très complexe et coûteuse.

L'Unconventional Photon Blockade (UPB) est un autre paradigme, proposé pour la première fois en 2010. Il élimine la nécessité d'une forte non-linéarité et repose sur un effet d'interférence quantique qui minimise les chances d'avoir deux photons piégés en même temps dans la cavité grâce à un élément auxiliaire, tel qu'une deuxième cavité, une boîte quantique, ou autre.

Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, l'UPB a été mise en œuvre expérimentalement par les groupes de Wolfgang Loffler (Université de Leiden) et Dirk Bouwmeester (Université de Santa Barbara) avec le soutien théorique de Hugo Flayac et Vincenzo Savona à l'EPFL. L'effet a été mesuré après qu'un laser ait traversé une un "micro-piller" contenant une boîte quantique semi-conductrice dans le régime de couplage faible.

Ce travail ouvre la voie à des sources de photon uniques beaucoup moins chères et flexibles. Flayac et Savona souhaitent maintenant adapter le mécanisme aux cavités à crystaux photoniques, qui sont de simples tranches de Silicium bon marché percées de trous disposés de façon appropriée et fonctionnant à température ambiante.

L'étude viens complèter 4 travaux de collaboration sur des sujets connexes publiés ou à paraître dans Physical Review Letters cette année:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.017401

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.120.233601

https://journals.aps.org/prl/accepted/e907eY1dDac1c66277288187824510fdbe518b39f

https://journals.aps.org/prl/accepted/6e078Y8dX9d1a35ce6e361293517a3dfcc9cff36f