Avancées dans la génération de groupes de photons uniques

Des scientifiques de la faculté de physique de l’Université de Varsovie ont mis au point un instrument qui génère des photons uniques par groupes de plusieurs dizaines. Cette découverte pourrait permettre d’effectuer des calculs quantiques plus complexes que ceux réalisés avec un seul photon et représenterait une avancée significative dans le domaine de la communication quantique. Elle a fait l’objet d’une publication dans Physical Review Letters [1].

L’instrument dérive d’un protocole proposé en 2013 par une équipe de physiciens des Universités d’Oxford et de Londres. Ce dernier a permis de produire simultanément jusqu’à 10 photons. L’équipe polonaise a modifié ce protocole, et y a inclus un générateur laser de photons uniques basé sur la mémoire quantique holographique. L’équipe a ainsi pu produire simultanément des groupes comptant jusqu’à 60 photons uniques. Des simulations ont montré qu’un instrument doté de lasers plus puissant pourrait produire simultanément jusqu’à quelques milliers de photons.

Le dispositif expérimental s’étend sur une table optique de 2 mètres carrés. La mémoire quantique à l’origine de la production de photons se trouve à l’intérieur d’un cylindre de plexiglas de 2,5 cm de diamètre et 10 cm de haut, rempli de paires d’atomes de rubidium 87Rb. Les photons individuels sont déposés, stockés, analysés et lus, chacun dans une partie différente du cylindre.
L’écriture et la lecture de la mémoire se font à l’aide d’un faisceau laser. Les photons ne peuvent être stockés que quelques dizaines de microsecondes dans le cylindre, ce qui laisse le temps d’effectuer quelques centaines d’opération quantiques dont la durée est de l’ordre de quelques nanosecondes.

Le projet a été financé par les bourses Preludium et Sonata du Centre National pour la Science polonais (NCN – Narodowe Centrum Nauki).

Pour aller plus loin :
Large groups of individual photons now available on demand – an equivalent of photonic ‘integrated circuit’, Faculty of Physics – University of Warsaw, 08/02/17 - https://www.fuw.edu.pl/press-release/news4847.html

Références :
[1] „High-Capacity Angularly Multiplexed Holographic Memory Operating at the Single-Photon Level”
R. Chrapkiewicz, M. Dąbrowski, W. Wasilewski
Physical Review Letters 118, 063603 (2017) ; DOI : 10.1103/PhysRevLett.118.063603

Rédacteur :
Antonin BORGNON – Chargé de Mission Scientifique à Varsovie – antonin.borgnon[a]diplomatie.gouv.fr

Ambassade de France en Pologne - science.varsovie-amba[a]diplomatie.gouv.fr