Des chercheurs anglais ont franchi une étape significative dans la miniaturisation des technologies quantiques en intégrant le plus petit détecteur de lumière quantique au monde sur une puce en silicium.
Miniaturisation des transistors : un tournant historique
Un moment crucial dans l’évolution de l’ère de l’information a été la miniaturisation des transistors sur des micro-puces bon marché dans les années 1960. Cette innovation a permis des avancées technologiques majeures et a ouvert la voie à l’ère numérique.
Pour la première fois, des universitaires de Bristol ont démontré l’intégration d’un détecteur de lumière quantique, plus petit qu’un cheveu humain, sur une puce en silicium. Cette réalisation nous rapproche de l’utilisation des technologies quantiques basées sur la lumière.
La fabrication à grande échelle d’électronique et de photonique de haute performance est essentielle pour concrétiser la prochaine génération de technologies de l’information avancées. La mise au point de technologies quantiques dans des installations commerciales existantes est un effort international en cours, mené par des chercheurs universitaires et des entreprises du monde entier.
L’importance de la fabrication à grande échelle
La capacité à produire du matériel quantique de haute performance à grande échelle pourrait s’avérer cruciale pour l’informatique quantique, en raison du nombre considérable de composants nécessaires pour construire une seule machine.
Dans cette optique, les chercheurs de l’Université de Bristol ont démontré un type de détecteur de lumière quantique intégré sur une puce avec un circuit occupant 80 micromètres sur 220 micromètres. La petite taille du détecteur permet une rapidité essentielle pour les communications quantiques à haute vitesse et le fonctionnement rapide des ordinateurs quantiques optiques.
Techniques de fabrication établies et accessibles
L’utilisation de techniques de fabrication établies et commercialement accessibles améliore les perspectives d’incorporation précoce dans d’autres technologies telles que la détection et les communications.
« Ces types de détecteurs sont appelés détecteurs homodynes, et ils apparaissent partout dans les applications de l’optique quantique », explique le professeur Jonathan Matthews, qui a dirigé la recherche et est directeur des Quantum Engineering Technology Labs.
« Ils fonctionnent à température ambiante et peuvent être utilisés pour les communications quantiques, dans des capteurs incroyablement sensibles — comme les détecteurs d’ondes gravitationnelles de pointe — et il existe des conceptions d’ordinateurs quantiques qui utiliseraient ces détecteurs. »
Amélioration de la vitesse et de la sensibilité
En 2021, l’équipe de Bristol a montré comment le couplage d’une puce photonique avec une puce électronique séparée peut augmenter la vitesse des détecteurs de lumière quantique. Désormais, avec une puce intégrée électronique-photonique unique, l’équipe a encore augmenté la vitesse par un facteur de 10 tout en réduisant l’empreinte par un facteur de 50.
Bien que ces détecteurs soient rapides et petits, ils sont également sensibles.
« La clé pour mesurer la lumière quantique est la sensibilité au bruit quantique », explique l’auteur Dr Giacomo Ferranti.
« La mécanique quantique est responsable d’un niveau fondamental et minime de bruit dans tous les systèmes optiques. Le comportement de ce bruit révèle des informations sur le type de lumière quantique circulant dans le système, peut déterminer la sensibilité d’un capteur optique et peut être utilisé pour reconstruire mathématiquement des états quantiques. Dans notre étude, il était important de montrer que la réduction de la taille et l’augmentation de la vitesse du détecteur n’ont pas bloqué sa sensibilité pour mesurer les états quantiques. »
Perspectives futures et défis à relever
Les auteurs notent qu’il reste encore beaucoup de recherches passionnantes à mener pour intégrer d’autres matériels de technologie quantique perturbateurs à l’échelle de la puce. Avec le nouveau détecteur, l’efficacité doit être améliorée, et il reste du travail à faire pour tester le détecteur dans de nombreuses applications différentes.
Le professeur Matthews a ajouté : « Nous avons construit le détecteur avec une fonderie commercialement accessible afin de rendre ses applications plus accessibles. Bien que nous soyons incroyablement enthousiastes quant aux implications dans une gamme de technologies quantiques, il est crucial que nous, en tant que communauté, continuions à relever le défi de la fabrication évolutive de la technologie quantique. Sans démontrer une fabrication véritablement évolutive du matériel quantique, l’impact et les avantages de la technologie quantique seront retardés et limités. »
Article : “A Bi-CMOS electronic photonic integrated circuit quantum light detector” – DOI: 10.1126/sciadv.adk6890
Légende illustration : La puce quantique ePIC en silicium, montée sur un circuit imprimé pour les essais et semblable à une carte mère à l’intérieur d’un ordinateur personnel. Crédit : UB
