Combler le fossé entre les photons des semi-conducteurs et la mémoire atomique

Des chercheurs ont réussi à interfacer deux plateformes prometteuses pour les technologies quantiques : les points quantiques semi-conducteurs et les mémoires quantiques atomiques. Sous la direction du Dr Sarah Thomas de l'Imperial College London, la collaboration internationale a démontré la capacité de stocker efficacement la lumière émise par un point quantique d'arséniure d'indium et de la récupérer à la demande à l'aide d'une mémoire atomique basée sur la vapeur de rubidium.

Les points quantiques sont des cristaux semi-conducteurs nanométriques dotés de capacités exceptionnelles en tant qu'émetteurs déterministes de photons uniques et sources d'intrication quantique. Cependant, leur intégration dans des réseaux quantiques à grande échelle nécessite une interface avec des systèmes atomiques capables de maintenir et de manipuler des états quantiques photoniques. Les mémoires atomiques dans les vapeurs chaudes offrent une efficacité de stockage élevée et une largeur de bande bien adaptée aux points quantiques, mais les défis consistent à harmoniser les profils spectraux et temporels des deux.

Pour surmonter ce problème, l'équipe a conçu ses points quantiques de manière à ce qu'ils émettent près de 1529 nanomètres, alignés avec leur mémoire de rubidium. Les photons ont été filtrés temporellement via un modulateur électro-optique et spectralement à l'aide d'une cavité Fabry-Pérot afin d'optimiser la ressemblance entre les modes d'entrée et de mémoire. De manière impressionnante, ils ont obtenu un rendement total de près de 13 % et un rapport signal/bruit de plus de 18, limité uniquement par le bruit du détecteur.

D'autres améliorations pourraient stimuler les performances, comme la réduction de l'élargissement induit par la charge des lignes d'émission des points quantiques. Les scientifiques ont proposé des approches telles que le pompage optique, les décalages Stark dynamiques ou la cartographie des niveaux hyperfins éliminant le déphasage Doppler pour permettre un stockage dépassant les durées de vie de l'état excité jusqu'à une seconde.

Cette réalisation historique comble le fossé entre les photons semi-conducteurs et les mémoires atomiques. La capacité de relier fidèlement des systèmes quantiques distincts représente une étape majeure qui réunit deux plates-formes de pointe. Le perfectionnement continu de ces interfaces promet d'accélérer les progrès dans le développement de technologies quantiques pratiques telles que les nœuds de mémoire distribuée connectés aux réseaux de fibres de télécommunication par l'intermédiaire de points quantiques - ce qui constituerait en théorie l'internet quantique. 

Référence(s)

1. Sarah E. Thomas, Lukas Wagner, Raphael Joos, Robert Sittig, Cornelius Nawrath, Paul Burdekin, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Mikhael J. Rasiah, Tobias Huber-Loyola, Steven Sagona-Stophel, Sven Höfling, Michael Jetter, Peter Michler, Ian A. Walmsley, Simone L. Portalupi, Patrick M. Ledingham. Stockage et récupération déterministes de la lumière télécom à partir d'une source de photons uniques à point quantique interfacée avec une mémoire quantique atomique. Science Advances, 2024 ; 10 (15) DOI : 10.1126/sciadv.adi7346

Cliquez sur TAGS pour voir les articles connexes :

PHYSIQUE | QUANTIQUE | ORDINATEUR QUANTIQUE | MÉMOIRE QUANTIQUE | SEMI-CONDUCTEURS