Des points quantiques alignés avec une précision inégalée

La microscopie traçable pourrait améliorer la fiabilité des technologies de l’information quantique, de l’imagerie biologique et bien plus encore. Les chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) et leurs collègues ont développé des normes et des calibrations pour les microscopes optiques permettant d’aligner des points quantiques avec le centre d’un composant photonique avec une précision de 10 à 20 nanomètres.

Les chercheurs du NIST, en collaboration avec des collègues du Joint Quantum Institute (JQI), ont créé des normes et des calibrations traçables au Système International d’Unités (SI) pour les microscopes optiques utilisés dans l’alignement des points quantiques. Cette méthode permet d’identifier et de corriger les erreurs de mesure, auparavant négligées, liées au rétrécissement des matériaux semi-conducteurs à basse température et aux imprécisions du processus de fabrication des normes de calibration.

L’équipe a développé deux types de normes traçables pour calibrer les microscopes optiques : une à température ambiante pour analyser le processus de fabrication, et une autre à température cryogénique pour mesurer la position des points quantiques. La norme à température ambiante consiste en un réseau de trous nanométriques espacés d’une distance fixe dans un film métallique, tandis que la norme à basse température est un réseau de piliers fabriqués sur une plaquette de silicium.

Amélioration des performances des dispositifs à points quantiques

Les chercheurs ont développé un modèle détaillé des erreurs de mesure et de fabrication dans l’intégration des points quantiques avec des composants photoniques à l’échelle de la puce. Ils ont étudié comment ces erreurs limitent la capacité des dispositifs à points quantiques à fonctionner comme prévu, révélant un potentiel d’amélioration des performances d’un facteur cent.

Selon Samuel Stavis, chercheur au NIST, « un chercheur pourrait être satisfait si un dispositif sur cent fonctionne pour sa première expérience, mais un fabricant pourrait avoir besoin que quatre-vingt-dix-neuf dispositifs sur cent fonctionnent. Notre travail est un bond en avant dans cette transition du laboratoire à la fabrication. »

Des applications au-delà des dispositifs à points quantiques

Au-delà des dispositifs à points quantiques, les normes et calibrations traçables en cours de développement au NIST pourraient améliorer la précision et la fiabilité d’autres applications exigeantes de la microscopie optique, comme l’imagerie des cellules cérébrales et la cartographie des connexions neuronales.

Pour ces projets, les chercheurs cherchent également à déterminer avec précision les positions des objets étudiés sur l’ensemble d’une image microscopique. De plus, les scientifiques peuvent avoir besoin de coordonner les données de position provenant de différents instruments à différentes températures, comme c’est le cas pour les dispositifs à points quantiques.

Légende illustration : L’alignement précis des points quantiques avec les composants photoniques est essentiel pour extraire le rayonnement émis par les points. Dans cette illustration, un point quantique centré dans le « point chaud » optique d’un réseau circulaire (point central dans l’encadré) émet plus de lumière qu’un point mal aligné (point décentré dans l’encadré). Crédit : S. Kelley/NIST

Article : Craig R. Copeland, Adam L. Pintar, Ronald G. Dixson, Ashish Chanana, Kartik Srinivasan, Daron A. Westly, B. Robert Ilic, Marcelo I. Davanco, and Samuel M. Stavis. Traceable localization enables accurate integration of quantum emitters and photonic structures with high yield. Optica Quantum, Vol. 2, Issue no. 2, pp. 72-84. Posted online March 18, 2024. https://doi.org/10.1364/OPTICAQ.502464