Illustration conceptuelle de l’éclairage efficace des photons aux points quantiques latéraux semi-conducteurs, en utilisant une antenne à plasmons de surface et l’excitation des électrons dans les points quantiques. Crédit : Copyright @ 2021 Oiwa lab. Tous les droits sont réservés
Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont amélioré l’efficacité du transfert entre les supports d’informations quantiques, d’une manière basée sur des nanosciences bien établies et compatible avec les technologies de communication avancées à venir.
Le stockage et le transfert d’informations à la manière de simples uns et de zéros, comme dans les technologies informatiques classiques d’aujourd’hui, sont insuffisants pour les technologies quantiques en cours de développement. Aujourd’hui, des chercheurs japonais ont fabriqué une nanoantenne qui aidera à rapprocher les réseaux d’information quantique de l’utilisation pratique.
Dans une étude publiée récemment dans Physique Appliquée Express, des chercheurs de l’Université d’Osaka et des partenaires collaborateurs ont considérablement amélioré la conversion photon-électron grâce à une nanostructure métallique, ce qui constitue une étape importante dans le développement de technologies avancées pour le partage et le traitement des données.
Les informations informatiques classiques sont basées sur de simples lectures marche/arrêt. Il est simple d’utiliser une technologie connue sous le nom de répéteur pour amplifier et retransmettre ces informations sur de longues distances. Les informations quantiques sont basées sur des lectures relativement plus complexes et sécurisées, telles que la polarisation des photons et le spin des électrons. Les nanoboîtes semi-conductrices connues sous le nom de points quantiques sont des matériaux que les chercheurs ont proposés pour stocker et transférer des informations quantiques. Cependant, les technologies de répéteur quantique ont certaines limites – par exemple, les moyens actuels de convertir des informations basées sur des photons en informations basées sur des électrons sont très inefficaces. Surmonter ce défi de conversion et de transfert d’informations est ce que les chercheurs de l’Université d’Osaka ont voulu relever.
« L’efficacité de la conversion de photons uniques en électrons uniques dans les points quantiques d’arséniure de gallium – des matériaux courants dans la recherche en communication quantique – est actuellement trop faible », explique l’auteur principal Rio Fukai. « En conséquence, nous avons conçu une nanoantenne, constituée d’anneaux concentriques ultra-petits en or, pour concentrer la lumière sur un seul point quantique, ce qui permet de lire la tension de notre appareil. »
Les chercheurs ont amélioré l’absorption des photons d’un facteur allant jusqu’à 9, par rapport à la non-utilisation de la nanoantenne. Après avoir illuminé un seul point quantique, la plupart des électrons photogénérés n’y étaient pas piégés et se sont plutôt accumulés dans des impuretés ou à d’autres endroits de l’appareil. Néanmoins, ces électrons en excès ont donné une lecture de tension minimale qui se distinguait facilement de celle générée par les électrons de la boîte quantique, et n’a donc pas perturbé la lecture prévue de l’appareil.
« Les simulations théoriques indiquent que nous pouvons améliorer l’absorption des photons jusqu’à un facteur 25 », explique l’auteur principal Akira Oiwa. « L’amélioration de l’alignement de la source lumineuse et plus précisément la fabrication de la nanoantenne sont des axes de recherche en cours dans notre groupe. »
Ces résultats ont des applications importantes. Les chercheurs disposent désormais d’un moyen d’utiliser la nanophotonique bien établie pour faire avancer les perspectives des futurs réseaux de communication et d’information quantiques. En utilisant des propriétés physiques abstraites telles que l’intrication et la superposition, la technologie quantique pourrait fournir une sécurité de l’information et un traitement des données sans précédent dans les décennies à venir.
Référence : « Detection of photogenerated single electrons in a lateral quantum dot with a surface plasmon antenna » par Rio Fukai, Yuji Sakai, Takafumi Fujita, Haruki Kiyama, Arne Ludwig, Andreas D. Wieck et Akira Oiwa, 9 novembre 2021, Physique Appliquée Express.
DOI : 10.35848 / 1882-0786 / ac336d
