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Mar 21, 2023

Des chercheurs développent une plate-forme photonique intégrée basée sur Thin

Par Mariana Iriarte 3 juin 2023 Des chercheurs tirent parti de la photonique pour développer

Par Mariana Iriarte

3 juin 2023

Les chercheurs tirent parti de la photonique pour développer et mettre à l'échelle le matériel nécessaire pour répondre aux exigences strictes des technologies de l'information quantique. En exploitant les propriétés de la photonique, les chercheurs soulignent les avantages de la mise à l'échelle du matériel quantique. En cas de succès, les chercheurs affirment que le matériel quantique à grande échelle permettra des réseaux à longue portée, des interconnexions entre plusieurs dispositifs quantiques et des circuits photoniques à grande échelle pour l'informatique et la simulation quantiques.

Une équipe interdisciplinaire de chercheurs du Danemark, d'Allemagne et du Royaume-Uni se concentre sur les meilleures façons d'utiliser la photonique et d'exploiter ses propriétés pour développer une plate-forme capable de faire évoluer le matériel quantique, a rapporté Phys.Org. Pour cela, l'équipe a développé une plateforme photonique intégrée à base de couches minces de niobate de lithium, dont les monocristaux sont des matériaux importants pour les ondes optiques et constituent un modulateur idéal pour le mode à faible perte.

Ensuite, les chercheurs ont interfacé la plate-forme photonique intégrée avec des sources déterministes à photon unique à l'état solide basées sur des points quantiques (cristaux semi-conducteurs) dans des guides d'ondes nanophotoniques. Les photons résultants produits sont traités avec des circuits à faible perte, qui selon les chercheurs sont programmables à des vitesses de plusieurs gigahertz. Les chercheurs affirment que les circuits optiques à faible perte et reprogrammables rapides sont essentiels pour effectuer des tâches dans le traitement de l'information quantique photonique.

La plate-forme à grande vitesse a ouvert la voie aux chercheurs pour réaliser plusieurs fonctionnalités clés de traitement de l'information photonique. La première fonctionnalité de traitement que les chercheurs ont observée au cours des expériences était l'interférence quantique sur puce. Les chercheurs ont utilisé l'effet Hong-OuMandel (HOM), qui se caractérise par l'observation d'une interférence à deux photons. La figure 1 montre les expériences HOM sur puce réalisées qui ont testé les performances de la plate-forme pour le traitement de l'information quantique photonique.

Une autre fonctionnalité de traitement que l'équipe a démontrée et qui est essentielle au traitement de l'information photonique est un routeur à photon unique intégré. Les chercheurs ont démontré un routeur de photons entièrement sur puce pour les photons émis par les points quantiques. Pour ce faire, ils ont tiré parti de la capacité de la plate-forme à intégrer des déphaseurs rapides avec des longueurs d'onde d'émetteur quantique pour présenter le routeur à photon unique intégré.

L'équipe a également mis en œuvre un interféromètre universel à quatre modes, composé d'un réseau de 6 interféromètres Mach-Zehnder et de 10 modulateurs de phase, comme le montre la figure 2. Les interféromètres photoniques quantiques multimodes programmables sont primordiaux pour la mise en œuvre des fonctionnalités essentielles des technologies photoniques quantiques. . Et, les chercheurs ont déclaré que les interféromètres sont capables de réaliser des circuits pour des expériences d'avantage de calcul quantique ou de simulation quantique analogique.

Dans un article de recherche publié par Science Advances, les chercheurs ont détaillé leur développement de la plate-forme photonique intégrée à grande vitesse basée sur le niobate de lithium à couche mince. L'article s'intitule "Processeur quantique de niobate de lithium à couche mince à grande vitesse piloté par un émetteur quantique à semi-conducteurs".

Les auteurs affirment que les résultats ont montré que la photonique intégrée avec des sources de photons déterministes à l'état solide est une option prometteuse pour mettre à l'échelle les technologies quantiques en plusieurs phases. À l'avenir, la plate-forme peut être encore optimisée pour réduire le couplage et la perte de propagation. En particulier, les architectures informatiques quantiques tolérantes aux pannes (avec des niveaux de perte ≲10% par photon) sont un pas de plus vers la réalité.

L'équipe interdisciplinaire de chercheurs est issue d'institutions internationales telles que le Centre for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen (Danemark) ; Institut de Physique, Université de Münster (Allemagne) ; CeNTech—Centre de nanotechnologie (Allemagne) ; SoN—Centre pour les nanosciences douces (Allemagne) ; Wolfson Institute for Biomedical Research, University College London (Royaume-Uni); Université de la Ruhr à Bochum (Allemagne) ; et l'Université de Heidelberg (Allemagne).