Une étude ouvre la voie au développement de réseaux quantiques avancés

Transmission d’informations cohérente dans le spectre électromagnétique : une étape cruciale pour les réseaux quantiques avancés

La capacité à transmettre des informations de manière cohérente dans la bande du spectre électromagnétique, allant des micro-ondes à l’infrarouge, est d’une importance vitale pour le développement des réseaux quantiques avancés utilisés en informatique et en communication. Une étude récente a mis en lumière l’utilisation de cavités optomécaniques nanométriques pour atteindre cet objectif.

Une étude menée par des chercheurs de l’Université d’État de Campinas (UNICAMP) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’ETH Zurich en Suisse et de la TU Delft aux Pays-Bas, s’est concentrée sur l’utilisation de cavités optomécaniques nanométriques à cette fin.

Ces résonateurs à l’échelle nanométrique favorisent l’interaction entre les vibrations mécaniques à haute fréquence et la lumière infrarouge à des longueurs d’onde utilisées par l’industrie des télécommunications.

Les résonateurs nanomécaniques

« Les résonateurs nanomécaniques agissent comme des ponts entre les circuits supraconducteurs et les fibres optiques. Les circuits supraconducteurs sont actuellement parmi les technologies les plus prometteuses pour l’informatique quantique, tandis que les fibres optiques sont couramment utilisées comme transmetteurs d’informations à longue distance avec peu de bruit et aucune perte de signal », a précisé Thiago Alegre, professeur à l’Institut de Physique Gleb Wataghin (IFGW-UNICAMP) et auteur de l’article.

L’introduction de l’optomécanique dissipative

Selon le scientifique, l’une des innovations clés de l’étude a été l’introduction de l’optomécanique dissipative. Les dispositifs optomécaniques traditionnels reposent sur une interaction purement dispersive, où seuls les photons confinés dans la cavité sont efficacement dispersés.

Dans l’optomécanique dissipative, les photons peuvent être directement dispersés du guide d’ondes au résonateur. « L’interaction optoacoustique peut être contrôlée de manière plus serrée en conséquence », a-t-il ajouté.

Des perspectives pour des dispositifs encore plus efficaces

Avant cette étude, l’interaction optomécanique dissipative n’avait été démontrée qu’à de faibles fréquences mécaniques, excluant des applications importantes telles que le transfert d’état quantique entre les domaines photoniques (optiques) et phononiques (mécaniques).

L’étude a démontré le premier système optomécanique dissipatif fonctionnant dans un régime où la fréquence mécanique dépassait la largeur de ligne optique.

« Nous avons réussi à augmenter la fréquence mécanique de deux ordres de grandeur et avons obtenu une augmentation de dix fois du taux de couplage optomécanique. Cela offre des perspectives très prometteuses pour le développement de dispositifs encore plus efficaces », a conclu Thiago Alegre.

En synthèse

Cette étude offre de nouvelles possibilités pour la construction de réseaux quantiques. En plus de cette application immédiate, elle pose les bases pour de futures recherches fondamentales. «Nous nous attendons à pouvoir manipuler individuellement les modes mécaniques et atténuer les non-linéarités optiques dans les dispositifs optomécaniques», a déclaré Alegre.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’optomécanique dissipative ?

L’optomécanique dissipative est une forme d’interaction où les photons peuvent être directement dispersés du guide d’ondes au résonateur, permettant un contrôle plus serré de l’interaction optoacoustique.

Qu’est-ce que les résonateurs nanomécaniques ?

Les résonateurs nanomécaniques sont des dispositifs à l’échelle nanométrique qui favorisent l’interaction entre les vibrations mécaniques à haute fréquence et la lumière infrarouge à des longueurs d’onde utilisées par l’industrie des télécommunications.

Quelle est l’importance de cette étude ?

Cette étude est importante car elle démontre le premier système optomécanique dissipatif fonctionnant dans un régime où la fréquence mécanique dépasse la largeur de ligne optique, ouvrant de nouvelles possibilités pour le développement de dispositifs encore plus efficaces et la construction de réseaux quantiques.

Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?

Les applications potentielles de cette recherche incluent le développement de réseaux quantiques avancés utilisés en informatique et en communication, ainsi que la manipulation individuelle des modes mécaniques et l’atténuation des non-linéarités optiques dans les dispositifs optomécaniques.

Qui a mené cette recherche ?

Cette recherche a été menée par des chercheurs de l’Université d’État de Campinas (UNICAMP) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’ETH Zurich en Suisse et de la TU Delft aux Pays-Bas.

Références

Article publié dans la revue Nature Communications par des chercheurs de l’Université d’État de Campinas (UNICAMP) au Brésil, de l’ETH Zurich en Suisse et de la TU Delft aux Pays-Bas. Article : « Dissipative optomechanics in high-frequency nanomechanical resonators » – DOI: 10.1038/s41467-023-41127-7

Les autres coauteurs sont André Garcia Primo, Pedro Vinícius Pinho et Gustavo Silva Wiederhecker, tous également affiliés à UNICAMP, Rodrigo da Silva Benevides à l’ETH Zürich et Simon Gröblacher à la TU Delft. L’étude a été financée par la FAPESP dans le cadre de sept projets (19/09738-9, 20/15786-3, 19/01402-1, 18/15577-5, 18/15580-6, 18/25339-4 et 22/07719-0).