Un trieur de photons ouvre la voie aux ordinateurs quantiques entièrement optiques

Une équipe de l’Université de Bâle, en Suisse, a présenté cette semaine une nouvelle méthode pour séparer les photons individuels des groupes. Elle permet de mieux contrôler les interactions à l’échelle moléculaire. De nombreux chercheurs considèrent cette séparation comme une étape essentielle pour utiliser la technologie dans les supercalculateurs et d’autres applications. Voici ce qu’il faut savoir.

Étude d’un trieur de photons

Les ingénieurs voulaient montrer qu’un dispositif de tri pouvait accomplir cette tâche efficacement et de manière fiable. Le système intègre un émetteur quantique permettant de créer un atome unidimensionnel, appelé point quantique. L’étude examine comment le mécanisme dirige les photons différemment selon qu’ils sont isolés ou liés à d’autres photons. Pour cela, l’équipe a modifié le modèle de Jaynes–Cummings.

Variations du modèle Jaynes-Cummings

Le modèle de Jaynes–Cummings façonne l’optique quantique depuis plus de soixante ans. Présenté en 1963 par Edwin Jaynes et Frank Cummings, il reste essentiel au domaine. Il a simplifié la compréhension des interactions entre lumière et matière, notamment entre un atome à deux niveaux et un champ électromagnétique quantifié. Il constituait donc une bonne base pour de nouvelles formules.

Les chercheurs devaient toutefois surmonter certaines limites. Le modèle rendait difficile la détermination du rendement de couplage maximal, le facteur β, et d’un faible déphasage. Ils ont donc créé une variante exploitant des points quantiques pour obtenir de nouvelles capacités.

Mise à l’épreuve de la théorie du trieur

La première étape consistait à créer un point quantique semi-conducteur. Ce photon monocouche représentait un atome unidimensionnel, placé dans une microcavité aux parois intérieures réfléchissantes. Celle-ci restait ouverte afin de pouvoir régler β et d’autres paramètres.

Laser

Un laser faible était associé à un îlot semi-conducteur de 20 nm de large pour cibler les parois réfléchissantes. Le laser était focalisé sur les parois partiellement transparentes avant activation par réglage de la séparation entre deux miroirs. La lumière réfractée était ensuite dirigée vers un séparateur de faisceau muni de lames demi-onde orientées pour séparer les photons. Sa sensibilité à la polarisation améliorait aussi le tri.

Les photons isolés étaient automatiquement dirigés vers une sortie différente de celle des groupes. Le système mesurait aussi le nombre de photons interagissant avec le point quantique pour déterminer l’état réel de l’énergie. Les points quantiques conviennent à cette tâche parce qu’ils absorbent les photons et émettent de la lumière selon les interactions.

Résultats

Les chercheurs ont constaté que le dispositif séparait correctement les photons individuels des groupes. Ils ont obtenu une extinction de 99,2 % en transmission avec un laser faible. Les données ont aussi révélé des résultats intéressants concernant les fonctions de corrélation du second ordre.

Le trieur permet de séparer et compter précisément les photons qui le traversent. Confirmer leur groupement, les trier selon leur état et mieux surveiller leur excitation sont des étapes essentielles vers l’utilisation de cette technologie dans les ordinateurs de nouvelle génération.

Applications possibles

Les applications potentielles sont nombreuses, notamment la création de portes logiques photoniques. La logique quantique est centrale dans les ordinateurs quantiques ultrarapides actuels. Toutefois, le manque de fiabilité scientifique a jusqu’ici compliqué la création de portes photoniques entièrement optiques. Cette étude ouvre la voie à leur développement.

Avantages du trieur de photons

La technologie aidera à comprendre la lumière et ses interactions photon par photon. Un suivi aussi approfondi n’était pas disponible auparavant. Beaucoup pensent donc que cette avancée permettra de mieux exploiter la puissance et la vitesse de la lumière au bénéfice de tous.

Contrôle des statistiques des photons

Autre avantage : une méthode fiable de tri jusqu’au photon individuel a été développée pour la première fois. Elle permettra de déterminer des états allant du fort groupement à l’antigroupement, pour des tâches comme la conversion de lumière en énergie à l’échelle d’un photon et une efficacité accrue.

Chercheurs

Le projet était dirigé par Richard Warburton, de l’Université de Bâle. L’équipe a démontré sa méthode et souhaite élargir ses recherches dans les prochains mois. Son travail s’appuie sur des décennies d’études et contribuera à la prochaine étape de la recherche quantique.

Deux entreprises pouvant bénéficier de l’étude

Plusieurs grandes entreprises technologiques pourraient intégrer ces résultats pour améliorer leurs produits et services. Elles dominent déjà le secteur spécialisé de l’informatique quantique et pourraient accroître leurs résultats grâce à cette découverte.

1. Honeywell

HON Graphique du prix

Honeywell est un pionnier de l’informatique quantique. Actif depuis 1906 dans plusieurs secteurs, ce groupe de Caroline du Nord propose des technologies aéronautiques et pour le bâtiment. Son action est aujourd’hui largement connue.

Honeywell s’est particulièrement développé après sa fusion avec AlliedSignal en 1999, suivie de l’acquisition d’Universal Oil Products pour 1,2 milliard de dollars en 2002. Il reste un acteur majeur, avec des systèmes de régulation environnementale, d’alimentation électrique, des accessoires de moteurs, des solutions de sécurité et de productivité ainsi que des réseaux d’automatisation et de commande.

Honeywell fait l’objet d’une forte recommandation de conservation pour plusieurs raisons. Classé 115e du Fortune 500, il a été reconnu l’an dernier parmi les entreprises les plus admirées au monde par Fortune. Il emploie plus de 95 000 professionnels et a déclaré 36,66 milliards de dollars de chiffre d’affaires en 2023, ce qui en fait l’un des plus grands groupes actifs dans l’informatique quantique. Sa prochaine publication de résultats pourrait accroître la demande pour l’action.

2. Arqit Quantum ARQQ

Arqit Quantum (ARQQ ) est une entreprise britannique de cybersécurité qui protège contre les attaques utilisant des ordinateurs quantiques. Ces machines pourraient un jour dominer l’informatique. Leurs capacités conviennent aux calculs de nouvelle génération, mais représentent aussi une menace majeure pour la cybersécurité actuelle.

David John Williams, David James Bestwick et Geoffrey Taylor ont fondé Arqit Quantum pour répondre à la demande de systèmes très sécurisés et résistants aux attaques quantiques. L’entreprise propose une plateforme en tant que service (PaaS) et des options de stockage QuantumCloud. Les deux protègent contre les menaces de piratage quantique.

Arqit Quantum a perdu de la valeur en août, comme une grande partie du secteur technologique. L’entreprise conserve cependant un potentiel de hausse, notamment face à la croissance mondiale des menaces de cyberguerre. Sa plateforme d’accord de clés symétriques résistante au quantique offre une protection de niveau professionnel.

Arqit Quantum a récemment conclu un partenariat avec Sparkle pour une preuve de concept de réseau en tant que service. Celle-ci pourrait démontrer l’efficacité de ses systèmes contre les attaques quantiques. Les analystes anticipent une certaine croissance tandis que l’entreprise continue d’être distinguée pour ses recherches.

L’an dernier, Arqit Quantum a reçu les prix Innovation in Cyber et Cyber Security Software Company of the Year. Ses recherches novatrices ont aussi été reconnues aux Institution of Engineering and Technology Awards 2023.

L’avenir est quantique

La puissance de calcul est devenue essentielle à la sécurité nationale et à bien d’autres domaines. Avec le développement des villes intelligentes, ces systèmes joueront un rôle croissant dans la vie quotidienne. La plupart s’accordent donc sur la nécessité de perfectionner et protéger la technologie quantique sans causer de préjudice.

Les trieurs de photons ouvrent la voie à l’informatique quantique optique

Le monde continue de progresser vers l’ère de l’informatique quantique. Les appareils sont plus petits et accessibles que jamais. À l’avenir, ils devraient être commercialement disponibles pour tous, ouvrant de nouvelles possibilités dans de nombreux marchés. Le trieur de photons est un élément clé du passage de l’informatique binaire aux solutions quantiques.

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