Des chercheurs américains ont franchi une étape importante dans la quête de l’internet quantique en développant de nouvelles méthodes pour coupler la lumière aux ondes sonores qui glissent sur les surfaces.
Ondes acoustiques de surface : une introduction
Les ondes acoustiques de surface sont des vibrations qui se propagent le long de la surface des matériaux, semblables aux vagues de l’océan ou aux secousses sismiques. Utilisées dans divers domaines, elles jouent un rôle crucial dans les composants électroniques de nos téléphones grâce à leurs filtres précis. Récemment, leur potentiel dans les applications quantiques a été exploré.
« Au cours des dix dernières années, les ondes acoustiques de surface se sont révélées être une ressource précieuse pour les applications quantiques, car le phonon, ou particule individuelle de son, se couple très bien à différents systèmes », explique William Renninger, professeur associé d’optique et de physique de l’Université de Rochester.
Manipulation des ondes acoustiques de surface par la lumière
Plutôt que de coupler les phonons aux champs électriques, le laboratoire de Renninger a adopté une approche moins invasive en utilisant la lumière pour manipuler les cavités acoustiques, éliminant ainsi le besoin de contact mécanique.
« Nous avons réussi à coupler fortement les ondes acoustiques de surface avec la lumière », déclare Arjun Iyer, doctorant en optique et premier auteur de l’article. « Nous avons conçu des cavités acoustiques, ou minuscules chambres d’écho, où le son pouvait durer longtemps, permettant des interactions plus fortes. Notamment, notre technique fonctionne sur n’importe quel matériau, pas seulement les matériaux piézoélectriques contrôlables électriquement. »
Applications et perspectives
En collaboration avec le laboratoire du professeur associé de physique John Nichol, l’équipe de Renninger a fabriqué les dispositifs d’ondes acoustiques de surface décrits dans l’étude. En plus de produire un couplage quantique fort, ces dispositifs présentent des avantages tels que la fabrication simple, la petite taille et la capacité à gérer de grandes quantités de puissance.
Au-delà des applications en informatique quantique hybride, les techniques développées peuvent être utilisées pour la spectroscopie afin d’explorer les propriétés des matériaux, comme capteurs, et pour étudier la physique de la matière condensée.
Légende illustration : Des chercheurs de l’université de Rochester, dont les étudiants diplômés en optique Arjun Iyer (au premier plan) et Wendao Xu, ont conçu des cavités acoustiques, ou minuscules chambres d’écho, pour coupler fortement les ondes acoustiques de surface avec la lumière. Ces dispositifs sont simples à fabriquer, de petite taille et capables de gérer de grandes quantités d’énergie. (Photo de l’université de Rochester / J. Adam Fenster)
Des scientifiques de l’Institut d’optique et du département de physique et d’astronomie de Rochester décrivent une technique d’appariement des particules de lumière et de son qui pourrait être utilisée pour convertir fidèlement les informations stockées dans les systèmes quantiques – les qubits – en champs optiques, qui peuvent être transmis sur de longues distances. Article : « Coherent optical coupling to surface acoustic wave devices » – DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-024-48167-7
Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation, la Defense Advanced Research Projects Agency et l’Office of Naval Research.
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