Des scientifiques de l'Institut Max Planck pour la Science de la Lumière (MPL) ont réalisé des progrès significatifs dans la technologie quantique en démontrant un moyen efficace de coupler des photons avec des phonons acoustiques. Cette méthode montre une résistance exceptionnelle aux perturbations externes, ce qui est souvent un défi dans les systèmes quantiques. Leur recherche a été publiée dans la revue "Physical Review Letters".

Couplage quantique : la base des technologies quantiques

Le couplage quantique permet à l'état d'une particule d'affecter instantanément l'état d'une autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Ce phénomène est crucial pour le développement des communications quantiques sécurisées et des ordinateurs quantiques avancés. Traditionnellement, le couplage est réalisé entre photons par des processus optiques non linéaires. Cependant, les chercheurs du MPL ont réussi à coupler des photons avec des phonons, des quasi-particules représentant des ondes sonores, en utilisant la diffusion de Brillouin.

Diffusion de Brillouin : le pont entre la lumière et le son

La diffusion de Brillouin est un effet optique non linéaire qui permet l'interaction entre les ondes lumineuses et sonores au sein d'un matériau. Grâce à ce processus, les photons et les phonons peuvent être liés, créant des systèmes quantiques hybrides. Cette méthode offre une plateforme stable et efficace pour les applications quantiques, en particulier dans des environnements où les perturbations externes sont présentes.

Résistance aux perturbations externes

L'un des principaux défis dans les technologies quantiques est la sensibilité aux perturbations externes qui peuvent perturber le couplage quantique. La méthode développée au MPL démontre une haute résistance à de telles perturbations, ce qui est crucial pour les applications pratiques dans les communications et le calcul quantiques.

Application dans les communications quantiques

Le couplage des photons et des phonons ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de systèmes de communication quantique. Les phonons, en raison de leur nature, peuvent servir de mémoire quantique, tandis que les photons permettent la transmission d'informations sur de longues distances. Cette combinaison peut conduire à des canaux de communication plus efficaces et sécurisés.

L'avenir de l'informatique quantique

En informatique quantique, le couplage de différents états quantiques est essentiel pour le traitement de l'information. L'intégration des photons et des phonons peut permettre le développement de nouveaux circuits logiques quantiques qui sont plus résistants aux perturbations et plus efficaces en fonctionnement.

Implémentation pratique

Les chercheurs ont démontré que leur méthode peut être appliquée dans les fibres optiques et les puces photoniques intégrées. Cette flexibilité permet une large application dans les technologies existantes et facilite l'intégration dans les futurs systèmes quantiques.

Fonctionnement à des températures plus élevées

L'un des succès significatifs de cette méthode est la possibilité de fonctionner à des températures plus élevées que les approches standard, qui nécessitent souvent des équipements coûteux comme des réfrigérateurs dilués. La méthode développée au MPL peut être utilisée dans des conditions avec des températures allant jusqu'à des dizaines de Kelvin, ce qui réduit les coûts et facilite l'implémentation.

Source : Max Planck Institute for the Science of Light