Une toute nouvelle façon de préparer des systèmes quantiques afin de développer des composants pour la technologie quantique


Oscillation au niveau quantique

Si un système quantique est excité avec deux lasers de couleurs différentes (représentés schématiquement sur la gauche), il peut être excité via un processus swing-up. Cela correspond à un mouvement en dans le système quantique. Crédits photos : Université de Münster – AG Reiter

Après la « première révolution quantique » – le développement de dispositifs tels que les lasers et l’horloge atomique – la « deuxième révolution quantique » bat actuellement son plein. Des experts du monde entier développent des technologies fondamentalement nouvelles basées sur la physique quantique. Une application clé est la communication quantique, où les informations sont écrites et envoyées à la lumière. de nombreuses applications qui utilisent des effets quantiques, la lumière doit être dans un certain état, à savoir un état à photon unique. Mais quelle est la meilleure de créer de tels états de photons uniques ? dans le PRX quantique Journal, des chercheurs de Münster, Bayreuth et Berlin (Allemagne) ont maintenant proposé une toute nouvelle façon de préparer des systèmes quantiques afin de développer des pour la quantique.

Du point de vue des experts, il est très prometteur d’utiliser des systèmes quantiques pour générer des états de photons individuels. Un exemple bien connu d’un tel système quantique est une boîte quantique. Il s’agit d’une structure semi-conductrice qui ne mesure que quelques nanomètres. Les points quantiques peuvent être contrôlés avec des impulsions laser. Les points quantiques ont des propriétés similaires à celles des atomes, mais sont intégrés dans une matrice cristalline, ce qui est souvent plus pratique pour les applications. « Les points quantiques sont parfaits pour générer des photons individuels, et nous le faisons presque tous les jours dans nos laboratoires », explique le Dr. Tobias Heindel, qui dirige un laboratoire expérimental pour la communication quantique à l’Université technique de Berlin. « Mais il y a encore beaucoup de place pour l’amélioration, notamment dans le transfert de cette technologie du laboratoire à l’application réelle », ajoute-t-il.

Une difficulté à surmonter est de séparer les photons uniques générés de l’impulsion laser d’excitation. Dans leurs travaux, les chercheurs proposent une toute nouvelle méthode pour résoudre ce problème. « La suggestion utilise un processus ascendant dans le système quantique », explique Thomas Bracht de WWU, premier auteur de l’étude. « Pour ce faire, nous utilisons une ou plusieurs impulsions laser dont les fréquences sont très différentes de celles du système. Cela rend le filtrage spectral très facile. »

Une toute nouvelle façon de préparer des systèmes quantiques afin de développer des composants pour la technologie quantique

Dans la communication quantique, les photons sont générés dans un système quantique (Alice) et transmis à un système de détection (Bob) via un câble optique. Source : Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) et Tobias Heindel / TU Berlin

Les scientifiques définissent le « processus d’oscillation » comme un comportement spécial des particules excitées par la lumière laser dans le système quantique – les électrons, plus précisément les paires électron-trou (excitons). La lumière laser de deux lasers est utilisée, qui émet des impulsions lumineuses presque simultanément. L’interaction des impulsions conduit à une modulation rapide et à chaque cycle de modulation, la particule est toujours un peu excitée, mais retombe ensuite dans l’état fondamental. Cependant, il ne retombe pas à son niveau précédent, mais est plus fortement stimulé à chaque remontée jusqu’à ce qu’il atteigne son état maximum. L’avantage de cette méthode est que la lumière laser n’a pas la même fréquence que la lumière émise par les particules excitées. Cela permet d’attribuer clairement les photons générés à partir de la boîte quantique.

L’équipe a simulé ce processus dans le système quantique et a ainsi fourni des lignes directrices pour la mise en œuvre expérimentale. « Nous expliquons également la physique du processus de basculement, ce qui nous aide à mieux comprendre la dynamique du système quantique », explique Doris Reiter, qui a dirigé l’étude.

Afin de pouvoir utiliser les photons dans la communication quantique, ils doivent avoir certaines propriétés. De plus, la préparation du système quantique ne doit pas être influencée négativement par des processus environnementaux ou des influences perturbatrices. Dans le cas des points quantiques, l’interaction avec le matériau semi-conducteur environnant est souvent un problème majeur pour de tels schémas de préparation. « Nos simulations numériques montrent que les propriétés des photons générés après le processus de swing-up sont comparables aux résultats des méthodes établies pour générer des photons uniques, qui sont moins pratiques », ajoute le professeur Martin Axt, chef de l’équipe de recherche de Bayreuth.

Le cours est un travail théorique. Cependant, grâce à la collaboration entre les groupes théoriques et expérimentaux, la proposition se rapproche de très près des conditions de laboratoire expérimentales réalistes, et les auteurs sont convaincus qu’une mise en œuvre expérimentale du schéma sera bientôt possible. Avec leurs résultats, les chercheurs franchissent une nouvelle étape vers le développement des technologies quantiques de demain.


Les scientifiques développent de nouveaux équipements pour ouvrir la voie aux technologies quantiques


Plus d’information:
Thomas K. Bracht et al., Swing-Up de la population d’émetteurs quantiques à l’aide d’impulsions désaccordées, PRX quantique (2021). DOI : 10.1103 / PRXQuantum.2.040354

Fourni par l’Université de Münster

Devis: Une toute nouvelle façon de préparer des systèmes quantiques pour développer des composants pour la technologie quantique (2021, 21 décembre), consulté le 21 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-quantum-components-technology .html

Ce document est soumis au droit d’auteur. À l’exception du commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire