Les chercheurs en information quantique sont constamment à la recherche de combinaisons gagnantes de matériaux pouvant être manipulés au niveau moléculaire pour stocker et transmettre de l’information de manière fiable. Une nouvelle combinaison de composés vient d’être ajoutée à la liste des matériaux quantiques prometteurs.
Dans une étude, des chercheurs ont combiné deux structures nanométriques – l’une en diamant et l’autre en niobate de lithium – sur une seule puce. Ils ont ensuite envoyé de la lumière du diamant vers le niobate de lithium et mesuré la fraction de lumière qui a réussi à traverser.
Plus cette fraction est élevée, plus le couplage des matériaux est efficace et plus la combinaison est prometteuse pour les dispositifs quantiques. Le résultat : un impressionnant 92% de la lumière a réussi à passer du diamant au niobate de lithium.
En réunissant ces deux plates-formes matérielles et en canalisant la lumière de l’une à l’autre, nous montrons qu’au lieu de travailler avec un seul matériau, il est possible d’obtenir le meilleur des deux mondes.
Hope Lee, Université de Stanford
Les avantages du diamant et du niobate de lithium
Le diamant est depuis longtemps considéré comme un excellent support pour les qubits. Sa structure moléculaire peut être facilement manipulée pour accueillir des qubits stationnaires. De plus, un qubit hébergé dans un diamant peut conserver l’information pendant une période relativement longue, ce qui permet de réaliser des calculs avec une grande précision.
Le niobate de lithium, partenaire du diamant dans cette étude, est également un excellent matériau pour le traitement de l’information quantique. Ses propriétés spéciales permettent aux scientifiques de modifier la fréquence de la lumière qui le traverse, en appliquant par exemple un champ électrique ou une contrainte mécanique.
Un duo puissant
Traditionnellement, la lumière des qubits hébergés dans le diamant est canalisée dans un câble à fibre optique ou dans l’espace libre. Dans les deux cas, la configuration expérimentale est encombrante.
En revanche, en canalisant la lumière des qubits du diamant vers le niobate de lithium, presque tous les composants peuvent être placés sur une seule puce minuscule. Cela permet de miniaturiser les dispositifs et d’obtenir une plus grande stabilité.
En synthèse
La combinaison de diamant et de niobate de lithium offre des avantages significatifs pour le développement de dispositifs quantiques. Cette nouvelle plateforme pourrait ouvrir la voie à une gamme diversifiée de dispositifs basés sur ces deux matériaux, offrant ainsi le meilleur des deux mondes en matière de traitement de l’information quantique.
C’est un résultat passionnant que d’obtenir une efficacité de 92 % avec ce dispositif. Cela a montré les avantages de la plateforme.
Hope Lee, doctorant à l’université de Stanford
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un qubit ?
Un qubit est un paquet d’information quantique qui peut prendre de nombreuses formes. Dans la plateforme développée par l’équipe de recherche, les qubits transmettent l’information sous forme de particules de lumière.
Pourquoi le diamant est-il un bon support pour les qubits ?
Le diamant est un bon support pour les qubits car sa structure moléculaire peut être facilement manipulée pour accueillir des qubits stationnaires, et un qubit hébergé dans un diamant peut conserver l’information pendant une période relativement longue.
Quels sont les avantages du niobate de lithium ?
Le niobate de lithium est un excellent matériau pour le traitement de l’information quantique en raison de ses propriétés spéciales qui permettent de modifier la fréquence de la lumière qui le traverse.
Comment fonctionne la combinaison de diamant et de niobate de lithium ?
La lumière des qubits hébergés dans le diamant est canalisée vers le niobate de lithium, permettant de placer presque tous les composants sur une seule puce minuscule et d’obtenir une plus grande stabilité.
Quelles sont les applications potentielles de cette combinaison de matériaux ?
La combinaison de diamant et de niobate de lithium pourrait ouvrir la voie à une gamme diversifiée de dispositifs quantiques, offrant ainsi le meilleur des deux mondes en matière de traitement de l’information quantique.
Références
Article : « Efficient Photonic Integration of Diamond Color Centers and Thin-Film Lithium Niobate » – DOI: doi/10.1021/acsphotonics.3c00992
ACS Photonics, Stanford University, U.S. Department of Energy (DOE) National Quantum Information Science Research Center, Argonne National Laboratory
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