Comment les points quantiques relient deux technologies de pointe ?

Les technologies quantiques sont basées sur des concepts fascinants de la mécanique quantique, tels que les états quantiques de haute dimension. Ces états sont les ingrédients de base de la science de l’information quantique et des technologies quantiques.

Pour manipuler ces états, les scientifiques ont utilisé la lumière, en particulier une propriété appelée moment angulaire orbital (OAM), qui concerne la manière dont la lumière se tord et tourne dans l’espace. Cependant, produire des photons uniques super brillants avec un OAM de manière déterministe s’est avéré difficile.

Une équipe de chercheurs de l’Université Sapienza de Rome, de l’Université Paris-Saclay et de l’Université de Naples Federico II a combiné les caractéristiques de l’OAM avec celles des points quantiques (QDs) pour créer un pont entre deux technologies de pointe.

Leurs résultats sont publiés dans la revue en libre accès Advanced Photonics.

Innovation : un pont flexible pour deux objectifs

Ce pont qu’ils ont construit peut être utilisé de manière flexible pour deux objectifs.

Premièrement, il peut produire des photons uniques purs qui sont intriqués dans l’espace OAM-polarisation, et les chercheurs peuvent les compter directement.

Deuxièmement, ce pont peut également produire des paires de photons fortement corrélés dans le monde quantique. Ils sont intriqués, de sorte que chaque état de photon unique ne peut être décrit indépendamment de l’autre, même lorsqu’ils sont éloignés. Cela représente une avancée majeure pour la communication et le chiffrement quantiques.

Une plateforme pour créer des états d’intrication hybrides

Cette nouvelle plateforme a le potentiel de créer des états d’intrication hybrides à la fois à l’intérieur et entre les particules, appartenant tous à des espaces de Hilbert de haute dimension.

D’une part, l’équipe a réussi à générer des photons uniques purs, dont les états quantiques présentent une non-séparabilité dans le domaine hybride OAM-polarisation. En exploitant une source quantique presque déterministe en combinaison avec une q-plaque – un dispositif capable d’ajuster la valeur de l’OAM en fonction de la polarisation du photon unique – les chercheurs peuvent directement valider ces états grâce à des comptages de photons uniques, évitant ainsi le besoin d’un processus d’annonce et augmentant le taux de génération.

D’autre part, l’équipe utilise également le concept d’indiscernabilité au sein des photons uniques comme ressource pour générer des paires de photons uniques possédant une intrication dans l’espace hybride OAM-polarisation.

Selon le professeur Fabio Sciarrino, responsable du laboratoire d’information quantique du département de physique de l’Université Sapienza de Rome, « Le schéma flexible proposé représente un pas en avant dans les expériences multiphotoniques de haute dimension et pourrait fournir une plateforme importante pour les investigations fondamentales et les applications photoniques quantiques ».

En synthèse

En termes simples, cette recherche représente un bond en avant dans notre quête de meilleures technologies quantiques. C’est comme relier deux grandes villes. Cette connexion ouvre des possibilités passionnantes pour l’informatique quantique, la communication et bien plus encore.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le moment angulaire orbital (OAM) ?

Le moment angulaire orbital est une propriété de la lumière qui concerne la manière dont elle se tord et tourne dans l’espace. Il est utilisé pour manipuler les états quantiques de haute dimension.

Quels sont les points quantiques (QDs) ?

Les points quantiques sont de minuscules particules qui ont un grand potentiel pour les technologies quantiques. Ils ont été utilisés pour créer un pont entre l’OAM et les technologies quantiques de pointe.

Quelle est l’innovation de cette recherche ?

L’innovation réside dans la création d’un pont flexible qui peut être utilisé pour produire des photons uniques purs intriqués dans l’espace OAM-polarisation et des paires de photons fortement corrélés dans le monde quantique.

Quel est l’impact de cette recherche sur les technologies quantiques ?

Cette recherche ouvre des possibilités passionnantes pour l’informatique quantique, la communication et d’autres applications, en reliant deux technologies de pointe et en créant des états d’intrication hybrides.

Quelle est la prochaine étape pour cette recherche ?

La prochaine étape consistera à explorer davantage les applications potentielles de cette plateforme et à étendre les expériences multiphotoniques de haute dimension pour les investigations fondamentales et les applications photoniques quantiques.

Légende illustration principale : Schéma de la plateforme flexible mise en œuvre pour créer des états intriqués basés sur le moment angulaire orbital intra- et interparticulaire via une source de points quantiques. Crédit photo : Nicolò Spagnolo.

For details, read the original Gold Open Access research by Suprano et al., “Orbital angular momentum based intra- and interparticle entangled states generated via a quantum dot source” Adv. Photon. 4(4) 046008 (2023), doi  10.1117/1.AP.5.4.046008.