Les scientifiques détectent le souffle entre les atomes

Ruoming Peng/Université de Washington

En vous abonnant, vous acceptez nos Conditions d'utilisation et Politiques Vous pouvez vous désabonner à tout moment.

Des chercheurs de l'Université de Washington ont détecté la vibration mécanique entre deux couches d'atomes (les respirations des atomes) en observant le type de lumière que ces atomes émettent lorsqu'ils sont stimulés par un laser.

C'est ce qu'indique un communiqué de presse publié vendredi par l'institution.

Ce nouveau développement pourrait conduire à une nouvelle méthode d'informatique quantique. En fait, les chercheurs ont déjà conçu un appareil qui pourrait servir de nouveau type de bloc de construction pour les technologies quantiques.

"Il s'agit d'une nouvelle plate-forme à l'échelle atomique, utilisant ce que la communauté scientifique appelle" l'optomécanique ", dans laquelle les mouvements légers et mécaniques sont intrinsèquement couplés", a déclaré l'auteur principal Mo Li, professeur à l'UW de génie électrique et informatique et de physique.

"Il fournit un nouveau type d'effet quantique impliqué qui peut être utilisé pour contrôler des photons uniques traversant des circuits optiques intégrés pour de nombreuses applications."

La nouvelle étude s'appuie sur des travaux antérieurs qui ont examiné une quasi-particule de niveau quantique appelée "exciton". L'information peut être codée dans un exciton puis libérée sous la forme d'un photon dont les propriétés quantiques peuvent fonctionner comme un bit d'information quantique, ou « qubit », à la vitesse de la lumière.

"La vue d'ensemble de cette recherche est que pour avoir un réseau quantique, nous devons avoir des moyens de créer, d'exploiter, de stocker et de transmettre de manière fiable des qubits", a déclaré l'auteur principal Adina Ripin, doctorante en physique à l'UW.

"Les photons sont un choix naturel pour transmettre cette information quantique car les fibres optiques nous permettent de transporter des photons sur de longues distances à des vitesses élevées, avec de faibles pertes d'énergie ou d'informations."

Ensuite, les chercheurs ont décidé de tester s'ils pouvaient exploiter les phonons pour la technologie quantique en utilisant la tension électrique. Ils ont découvert qu'ils pouvaient faire varier l'énergie d'interaction des phonons associés de manière mesurable et contrôlable et dans un seul système intégré.

Ensuite, l'équipe voulait pouvoir contrôler plusieurs émetteurs et leurs états de phonons associés, une étape vers la construction d'une base solide pour les circuits quantiques.

"Notre objectif primordial est de créer un système intégré avec des émetteurs quantiques qui peuvent utiliser des photons uniques traversant des circuits optiques et les phonons nouvellement découverts pour faire de l'informatique quantique et de la détection quantique", a déclaré Li dans le communiqué.

"Cette avancée contribuera certainement à cet effort, et elle aide à développer davantage l'informatique quantique qui, à l'avenir, aura de nombreuses applications."

L'étude est publiée dans Nature Nanotechnology.

Résumé de l'étude :

L'ingénierie du couplage entre les excitations quantiques fondamentales est au cœur de la science et des technologies quantiques. Un cas exceptionnel est la création de sources de lumière quantique dans lesquelles le couplage entre des photons uniques et des phonons peut être contrôlé et exploité pour permettre la transduction d'informations quantiques. Nous rapportons ici la création déterministe d'émetteurs quantiques présentant un couplage hautement accordable entre les excitons et les phonons. Les émetteurs quantiques sont formés dans des points quantiques induits par la contrainte créés dans l'homobicouche WSe2. La colocalisation des excitons intercouches confinés quantiques et des phonons intercouches térahertz en mode respiratoire, qui modulent directement l'énergie de l'exciton, conduit à un couplage phonon particulièrement fort à l'émission d'un photon unique, avec un facteur Huang – Rhys atteignant 6,3. Le spectre d'émission d'excitons intercouches à photon unique présente une pureté de photon unique> 83% et plusieurs répliques de phonons, chacune annonçant la création d'un état Fock de phonon dans l'émetteur quantique. En raison du moment dipolaire vertical de l'exciton intercouche, l'interaction phonon-photon est réglable électriquement pour être supérieure au taux de décohérence de l'exciton et du phonon, et promet donc d'atteindre le régime de couplage fort. Notre résultat démontre un système excitonique-optomécanique quantique à l'état solide à l'interface atomique de la bicouche WSe2 qui émet des qubits photoniques volants couplés à des phonons stationnaires, qui pourraient être exploités pour la transduction et l'interconnexion quantiques.