Plutôt que d’amplifier la fréquence souhaitée, les chercheurs suppriment sélectivement les fréquences indésirables. Jusqu’à présent, les résonateurs étaient principalement utilisés pour produire des photons uniques – de minuscules structures optiques qui influencent les sources de photons de manière à ce qu’elles émettent de la lumière principalement à une fréquence spécifique. Cependant, ces résonateurs ne fonctionnent que dans une plage de fréquences étroite et doivent être précisément réglés sur la source de photons respective.
Les chercheurs du TUM et de MCQST ont donc développé une nouvelle approche et empruntent la voie inverse. Au lieu d’amener les émetteurs à émettre davantage de lumière à une fréquence spécifique, ils adaptent l’environnement de l’émetteur afin que moins de lumière soit émise aux fréquences indésirables. Pour ce faire, ils utilisent des guides d’ondes à cristaux photoniques. Ce sont des nanostructures qui, grâce à des motifs régulièrement agencés, bloquent les chemins par lesquels une source de photons peut émettre de la lumière. L’équipe conçoit les guides d’ondes à cristaux photoniques de manière à supprimer uniquement les fréquences de lumière indésirables tout en préservant celles qui sont souhaitées.
Triplement de la part de photons dans la lumière émise
Les premières expériences confirment l’efficacité de la technologie : grâce aux guides d’ondes à cristaux photoniques, ils ont pu augmenter la proportion de photons souhaités dans la lumière émise d’environ 23 % à environ 72 %. Cela signifie que la nouvelle méthode obtient des résultats qui n’étaient auparavant possibles qu’avec des approches par résonateurs nettement plus complexes.
Avec la nouvelle approche, la génération de photons est également légèrement plus lente qu’auparavant. C’est aussi important pour la communication quantique : « Si les photons sont générés trop rapidement, il nous est difficile de contrôler leurs propriétés », explique Andreas Reiserer, professeur de réseaux quantiques au TUM. « Notre approche est donc nettement mieux adaptée à de nombreux émetteurs que les résonateurs utilisés jusqu’à présent. »
Les chercheurs ont mené leurs premières expériences en utilisant de l’erbium comme source de photons — un élément qui est déjà utilisé aujourd’hui dans les technologies de fibre optique.
Émetteurs multiples et personnalisables
Étant donné que les guides d’ondes à cristaux présentent des émetteurs plus grands et une bande passante plus large, cela offre deux avantages clés. Premièrement, plusieurs sources de photons — appelées émetteurs — peuvent être utilisées simultanément au sein d’un même dispositif. Avec les résonateurs, cela n’est possible que dans une mesure limitée en raison de leur très petite taille. Deuxièmement, la fréquence souhaitée peut être sélectionnée plus flexiblement, car les guides d’ondes à cristaux photoniques n’ont pas besoin d’être précisément réglés sur chaque émetteur, contrairement aux résonateurs classiques.
Florian Burger, doctorant et premier auteur de la publication, se projette dans l’avenir : « On s’attend à ce que les réseaux quantiques connectent un jour de nombreux systèmes quantiques entre eux. Cela nécessite des interfaces capables de transférer de manière fiable les informations d’un système quantique vers des photons individuels, puis de les transmettre, par exemple, via des fibres optiques. Notre travail pose les bases de cela. »
Article : Inhibited radiative decay enhances single photon emitters – Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude
Source : TUM
