Des progrès quantiques progressifs – élevés

Article du 24 mai 2023

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par Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Les architectures informatiques quantiques photoniques évolutives nécessitent des dispositifs de traitement photonique. De telles plates-formes s'appuient sur des circuits reconfigurables à faible perte, à grande vitesse et sur des générateurs d'état de ressources quasi déterministes. Dans un nouveau rapport publié dans Science Advances, Patrik Sund et une équipe de recherche du centre des réseaux quantiques hybrides de l'Université de Copenhague et de l'Université de Münster ont développé une plate-forme photonique intégrée avec du niobate de lithium en couche mince. Les scientifiques ont intégré la plateforme à des sources déterministes de photons uniques à l’état solide utilisant des points quantiques dans des guides d’ondes nanophotoniques.

Ils ont traité les photons générés dans des circuits à faibles pertes à des vitesses de plusieurs gigahertz et ont réalisé expérimentalement diverses fonctionnalités clés de traitement de l'information quantique photonique sur des circuits à grande vitesse ; avec des fonctionnalités clés inhérentes pour développer un circuit photonique universel à quatre modes. Les résultats illustrent une direction prometteuse dans le développement de technologies quantiques évolutives en fusionnant la photonique intégrée avec des sources de photons déterministes à l'état solide.

Les technologies quantiques ont progressivement progressé au cours des dernières années pour permettre au matériel quantique de rivaliser et de surpasser les capacités des supercalculateurs classiques. Cependant, il est difficile de réguler les systèmes quantiques à grande échelle pour diverses applications pratiques, ainsi que de créer des technologies quantiques tolérantes aux pannes.

La photonique fournit une plate-forme prometteuse pour débloquer du matériel quantique évolutif pour les réseaux quantiques à longue portée avec des interconnexions entre plusieurs dispositifs quantiques et circuits photoniques pour l'informatique quantique et les expériences de simulation. Les états photoniques de haute qualité et les circuits programmables rapides et à faibles pertes sous-tendent l’idée centrale des technologies quantiques photoniques pour acheminer et traiter les applications. Les chercheurs ont récemment développé des émetteurs quantiques à l’état solide, tels que les points quantiques, comme sources quasi idéales et à haut rendement de photons indiscernables pour réaliser des sources de photons uniques à la demande.

Au cours de cette étude, Sund et ses collègues se sont concentrés sur les films minces de niobate de lithium monocristallin liés sur un substrat isolant en silice en tant que plate-forme prometteuse en raison de leurs fortes propriétés électro-optiques, de leur transparence élevée et de leur contraste d'indice élevé pour former des circuits intégrés. Étant donné que la plage de transparence des matériaux variait, ils étaient bien adaptés pour fonctionner avec une variété d’émetteurs quantiques à l’état solide, avec une compatibilité pour fonctionner à des températures cryogéniques.

Dans ce travail, l’équipe a décrit pour la première fois le développement de niobate de lithium multimode sur des circuits isolants pour le traitement de l’information quantique au niveau d’un photon unique. Ils y sont parvenus en utilisant les circuits pour réguler et faciliter le fonctionnement des états quantiques de la lumière émise par une source de photons uniques à points quantiques. L’équipe a injecté des photons uniques émis par une source de points quantiques intégrée à un guide d’ondes dans le circuit optique au niobate de lithium pour montrer les fonctionnalités clés sous-jacentes au traitement de l’information quantique photonique, telles que l’interférence multiphotonique sur un circuit unitaire universel reconfigurable.

Sund et ses collègues ont illustré la géométrie utilisée pour réaliser du niobate de lithium monomode sur des guides d'ondes isolants. Ils ont mis en œuvre les circuits optiques sous forme de guides d'ondes à nervures via lithographie par faisceau d'électrons et gravure à l'argon sur un film de niobate de lithium lié sur un substrat de silice sur silicium.