Le physicien quantique Petr Steindl sait utiliser des photons uniques pour créer des structures lumineuses complexes, explorant les possibilités de l'optique quantique et ses applications technologiques. Adolescent, il voulait étudier la poésie tchèque, mais a finalement décidé d'étudier la physique quantique. Récemment, il a soutenu sa thèse sur l'optique quantique et les systèmes de points quantiques, obtenant ainsi son doctorat. "Avec le recul, je suis content d'avoir changé de domaine."
"En termes simples, un point quantique est un îlot de matériau semi-conducteur", explique Steindl à propos du sujet de son article. "Comme sa taille n'est que de quelques nanomètres, il peut ressentir des effets quantiques, tout comme un atome. Les chercheurs ont placé le point quantique dans une microcavité optique pour le manipuler plus efficacement. Nous pouvons considérer la cavité comme deux miroirs opposés. La lumière laser rebondit entre eux. Les points quantiques n'aiment pas interagir avec la lumière, mais la cavité optique la rend plus susceptible d'interagir avec la lumière car la lumière laser traverse le point quantique plusieurs fois. "
Steindl explique que ce dispositif intelligent peut être utilisé pour créer des photons uniques. "Le laser résonnant excite les électrons du point quantique de l'état fondamental vers un état d'énergie plus élevé. Lorsque l'électron revient à l'état fondamental, le point quantique émet un seul photon. La microcavité dirige commodément ce photon vers le reste de notre appareil. Le défi, cependant, était de savoir comment séparer ce photon du laser. Il a la même longueur d'onde que le laser, mais a une polarisation légèrement différente. Vous pouvez utiliser cette propriété pour séparer le photon. J'ai exploré et affiné cette technique au cours de mon étude. Doctorat."
L'obtention de photons uniques n'est que la première étape de la recherche. "Lorsque vous disposez de photons uniques (particules de lumière) de haute qualité, c'est un peu comme des briques", a-t-il déclaré à propos de son travail. "Avec des briques, vous pouvez commencer à construire une maison. Mon objectif est de combiner des photons individuels pour construire des structures lumineuses complexes. Par exemple, nous avons créé une chaîne de plusieurs photons intriqués. Intriqués signifie qu'ils sont si étroitement liés qu'il est impossible de décrire un photon indépendamment d'un autre. Nous voulons mieux comprendre ces nouveaux états de lumière."
physique des photons uniques
La physique des photons uniques est un domaine relativement nouveau. Dans les années 1970, les physiciens ont réussi à isoler pour la première fois un photon. Cependant, l’efficacité et la stabilité de ces sources monophotoniques ne sont pas encore élevées. Les progrès technologiques, tels que l’utilisation de points quantiques dans les microcavités optiques, ont facilité le contrôle de la génération de photons uniques. Un autre avantage des microcavités est que les photons sont émis à une vitesse plus élevée, garantissant ainsi un meilleur maintien de leur état. Cela produit des photons uniques de haute qualité, idéaux pour les structures étudiées par Steindl.
La vision de Steindl est d'utiliser à terme ces nouvelles structures lumineuses pour les communications quantiques : « Nous savons que les photons uniques sont très utiles en termes de sécurité et d'authentification. Par exemple, vous pouvez envoyer deux photons uniques identiques depuis des positions différentes dans un spectroscope. Si les photons arrivent dans un état modifié ou n'arrivent pas en même temps, vous savez qu'il y a une écoute indiscrète. Avec les structures de cette étude, cela n’est pas nécessaire. Je trouve tout à fait étonnant que nous puissions comprendre la physique à un niveau aussi profond. Même si c’est fascinant, le potentiel des applications quantiques constitue probablement un grand pas en avant pour moi, mais cela suffit à me tenir en haleine pendant plusieurs années. »