Vers le stockage mécanique d’une information quantique ?

Des physiciens ont réalisé un système hybride associant un fil vibrant et un atome artificiel formé par une boîte quantique semi-conductrice.

Le couplage entre ces deux systèmes, reposant sur des effets de contrainte mécanique, est une première étape vers la possibilité de transférer les propriétés quantiques de l’atome artificiel vers l’oscillateur mécanique.

Grâce aux avancées de la nanofabrication et des méthodes ultra-sensibles de détection du mouvement à l’échelle nanoscopique, les physiciens peuvent désormais envisager d’associer des systèmes fortement quantiques (spin, atome, boîte quantique) à des nano-oscillateurs mécaniques. L’enjeu de ces systèmes hybrides est de conférer des propriétés spécifiquement quantiques à l’oscillateur mécanique, et ainsi de manipuler et de stocker de l’information quantique sous forme mécanique. La difficulté majeure est de concevoir des dispositifs assurant un fort couplage entre les deux sous-systèmes.

Pour la première fois, des chercheurs de l’Inac et de l’Institut Néel (CNRS) ont réussi à faire « dialoguer » une boîte quantique semiconductrice et un microfil vibrant en exploitant des effets de contrainte mécanique. Le microfil, réalisé en arséniure de gallium, est un cône d’environ 18 microns de haut. Sa base, plus fine, contient plusieurs inclusions nanométriques d’arséniure d’indium : les boîtes quantiques. Lorsque l’on excite le mode de vibration fondamental du fil, celui-ci oscille autour de sa base à une fréquence de 500 kHz environ. Une boîte quantique située hors de l’axe du fil subit alors une contrainte mécanique oscillant entre compression et élongation, ce qui modifie périodiquement la position de ses niveaux d’énergie. Ainsi, lors d’une expérience de photoluminescence, la couleur des photons qu’elle émet est décalée tantôt vers le rouge (élongation), tantôt vers le bleu (compression).

Outre une très bonne extraction de la lumière émise, la géométrie conique du fil permet ici de renforcer la contrainte ressentie par la boîte. Ce type de couplage, très efficace, pourrait à l’avenir bénéficier à d’autres matériaux, comme du diamant contenant des centres colorés.