Le dernier chaînon manquant pour une cryptographie quantique robuste pourrait bien avoir été trouvé. Une équipe de chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos a élaboré une nouvelle source de lumière quantique, capable de générer des photons uniques polarisés circulairement. Cette innovation pourrait ouvrir la voie à des avancées majeures en matière de communication et de sécurité en ligne.
Polarisation: au cœur de l’innovation
Selon Han Htoon, chercheur au Laboratoire national de Los Alamos, “il est possible pour un semi-conducteur monocouche d’émettre une lumière polarisée circulairement sans l’aide d’un champ magnétique externe“. Avant cette découverte, une telle réalisation nécessitait des champs magnétiques élevés, des structures photoniques nanométriques complexes ou l’injection de porteurs de spin polarisés. Le nouveau procédé se distingue par sa fiabilité et son faible coût de fabrication.
La polarisation de l’état des photons représente une avancée majeure en cryptographie quantique et en communication. Elle permet en effet d’encoder des informations dans un flux de photons uniques.
La clé de la photoluminescence: Nanoindentation
L’équipe de recherche a empilé une couche mono-moléculaire de diséléniure de tungstène sur une couche plus épaisse de phosphure de nickel trisulfure. Des indentations nanométriques, créées grâce à la microscopie à force atomique, ont permis d’obtenir des effets significatifs lorsque un laser était focalisé sur cette pile de matériaux. Les indentations ont un diamètre d’environ 400 nanomètres, de sorte que plus de 200 d’entre elles peuvent facilement s’adapter à la largeur d’un cheveu humain.
Premièrement, l’indentation crée un puits dans le paysage énergétique, stimulant l’émission d’un flux de photons uniques. Deuxièmement, elle perturbe les propriétés magnétiques du cristal sous-jacent, polarisant circulairement les photons émis.
Les expériences ont montré que l’équipe avait réussi à mettre au point une nouvelle approche pour contrôler l’état de polarisation d’un seul flux de photons.
Encodage de l’information quantique
L’équipe étudie actuellement les moyens de moduler le degré de polarisation circulaire des photons uniques par l’application de stimuli électriques ou micro-ondes. Cette capacité permettrait d’encoder des informations quantiques dans le flux de photons.
Un couplage plus poussé du flux de photons dans des guides d’ondes – des conduits microscopiques de lumière – fournirait les circuits photoniques qui permettent la propagation des photons dans une seule direction. Ces circuits constitueraient les éléments fondamentaux d’un internet quantique ultra-sécurisé.
En synthèse
La recherche menée par l’équipe du Laboratoire national de Los Alamos offre des perspectives passionnantes pour le futur de la communication et de l’Internet quantique. Leur méthode innovante en matière de photons polarisés circulairement pourrait bien être une pierre angulaire de l’Internet de demain.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la polarisation circulaire ?
La polarisation circulaire est une caractéristique de la lumière qui peut être utilisée pour encoder des informations dans un flux de photons.
Quel est le rôle de la nanoindentation ?
La nanoindentation crée des puits énergétiques et perturbe les propriétés magnétiques, permettant ainsi la polarisation circulaire des photons.
Pourquoi cette recherche est-elle importante ?
Elle représente un pas important vers la création d’un Internet quantique ultra-sécurisé.
Quels sont les avantages de cette nouvelle méthode ?
Elle est fiable, peu coûteuse et ne nécessite pas de champs magnétiques externes élevés pour fonctionner.
Que fait l’équipe maintenant ?
Ils explorent des moyens de moduler davantage la polarisation circulaire des photons.
Quelle est la prochaine étape ?
Le couplage du flux de photons dans des guides d’ondes pour créer des circuits photoniques.
Article : “Proximity Induced Chiral Quantum Light Generation in Strain-Engineered WSe2/NiPS3 Heterostructures.” Nature Materials. DOI: 10.1038/s41563-023-01645-7
Légende illustration principale : Formées dans des puits creusés dans l’empilement de deux matériaux stratifiés différents, un semi-conducteur monocouche et un cristal antiferromagnétique, les émissions lumineuses quantiques chirales s’élèvent hors du matériau et pourraient être utilisées pour des applications d’information et de communication quantiques. Crédit : Los Alamos National Laboratory
[ Rédaction ]
