Une étude révolutionnaire a introduit des cavités nano-optomécaniques avancées, ouvrant la voie à des réseaux quantiques plus efficaces et à des technologies améliorées d’informatique et de communication quantiques. La capacité de transmettre de manière cohérente des informations dans des bandes du spectre électromagnétique, depuis les micro-ondes jusqu'à l'infrarouge, est essentielle au développement de réseaux quantiques avancés pour l'informatique et les communications.
Des chercheurs de l’Université d’État de Campinas (UNICAMP) au Brésil, en collaboration avec des collègues de l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZurich) et de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas, ont mené une étude axée sur l’utilisation de cavités nano-optomécaniques à cet égard. Ces résonateurs à l'échelle nanométrique facilitent l'interaction entre les vibrations mécaniques à haute fréquence et la lumière infrarouge aux longueurs d'onde utilisées dans l'industrie des télécommunications.
Un article sur cette recherche a été récemment publié dans la revue Nature Communications.
Combler le fossé entre les circuits supraconducteurs et les fibres optiques
"Les résonateurs nanomécaniques constituent un pont entre les circuits supraconducteurs et les fibres optiques. Les circuits supraconducteurs constituent actuellement l'une des technologies informatiques quantiques les plus prometteuses, tandis que les fibres optiques sont souvent utilisées comme transmetteurs d'informations à longue distance avec un faible bruit et aucune perte de signal", a déclaré Thiago Alegre, professeur à l'Institut de physique Gleb-Vatakin (IFGW-UNICAMP) et dernier auteur de l'article.
L'une des innovations clés de cette recherche est l'introduction de l'optomécanique dissipative, a déclaré Allegre. Les dispositifs optomécaniques traditionnels reposent sur des interactions purement dispersives, dans lesquelles seuls les photons localisés dans la cavité peuvent être efficacement dispersés. En optomécanique dissipative, les photons peuvent être diffusés directement du guide d'ondes vers le résonateur.
Avant cette étude, les interactions optomécaniques dissipatives n'avaient été démontrées qu'à basses fréquences mécaniques, ce qui excluait des applications importantes telles que le transfert d'état quantique entre les domaines des photons (optiques) et des phonons (mécaniques). Cette étude est la première à démontrer qu'un système optomécanique dissipatif fonctionne à des fréquences mécaniques supérieures à la largeur de la raie optique.
"Nous avons réussi à augmenter la fréquence mécanique de deux ordres de grandeur et à multiplier par dix le taux de couplage opto-mécanique. Cela offre des perspectives très prometteuses pour le développement de dispositifs plus efficaces", a déclaré Allegre.
Les appareils sont fabriqués en collaboration avec l'Université de technologie de Delft et sont conçus à l'aide de technologies éprouvées de l'industrie des semi-conducteurs. Les faisceaux de nano-silicium sont suspendus dans l’air et peuvent vibrer librement, de sorte que la lumière infrarouge et les vibrations mécaniques soient simultanément limitées. Les guides d'ondes placés latéralement permettent à la fibre de se coupler à la cavité, créant ainsi un couplage dissipatif, un élément clé des résultats démontrés par les chercheurs.
Ces recherches offrent de nouvelles possibilités pour la construction de réseaux quantiques. En plus de cette application directe, cela pose également les bases de futures recherches fondamentales. "Nous espérons pouvoir manipuler les modes mécaniques individuellement et atténuer les non-linéarités optiques dans les dispositifs optomécaniques", a déclaré Allegre.
Références "Optomécanique dissipative dans les résonateurs nanomécaniques à haute fréquence" par André G. Primo, Pedro V. Pinho, Rodrigo Benevides, Simon Gröblacher, Gustavo S. Wiederhecker et Thiago P. Mayer Alegre, 18 septembre 2023, "Nature Communications".
DOI:10.1038/s41467-023-41127-7
Source compilée : ScitechDaily