Des chercheurs du Centre QOT pour les technologies optiques quantiques ont développé un dispositif capable de convertir l’information quantique entre les photons micro-ondes et optiques. Cette avancée pourrait avoir des applications dans les technologies quantiques, les infrastructures de réseaux quantiques et la radioastronomie micro-ondes.
La conversion de l’information quantique est un processus essentiel pour les réseaux quantiques hybrides, qui connectent différents dispositifs quantiques tels que les ordinateurs quantiques.
Les ordinateurs quantiques peuvent être réalisés avec des photons micro-ondes interagissant avec des circuits supraconducteurs, mais le transfert d’informations quantiques sur de longues distances pose un défi en raison de l’accumulation de bruit. Les photons optiques, en revanche, peuvent envoyer efficacement des informations quantiques via des fibres optiques.
Ainsi, le convertisseur micro-ondes-optique d’information quantique pourrait être une partie cruciale d’un adaptateur de réseau quantique, une interface entre les ordinateurs quantiques et l’internet quantique.
Atomes de Rydberg
Les atomes de Rydberg, qui peuvent interagir à la fois avec les photons micro-ondes et optiques, sont un moyen connu pour réaliser cette conversion.
Les chercheurs de l’Université de Varsovie ont été les premiers à montrer que la conversion micro-ondes-optique peut être réalisée à température ambiante, dans des vapeurs atomiques à l’intérieur d’une cellule de verre. Le dispositif proposé est nettement plus simple et pourrait être miniaturisé à l’avenir.
De plus, le nouveau schéma de conversion présente des niveaux de bruit très faibles et peut donc effectuer des opérations même sur des photons uniques.
Applications potentielles
Les opérations micro-ondes à photon unique seront importantes pour les observations astronomiques étudiant les propriétés des corps lointains ou la forme de l’univers primordial grâce aux mesures du fond diffus cosmologique micro-ondes.
La conversion micro-ondes-optique pourrait créer une nouvelle branche de la radioastronomie micro-ondes. De plus, les technologies de communication de masse pourraient également bénéficier des découvertes en matière de détection micro-ondes.
Les technologies mobiles de nouvelle génération devraient utiliser intensivement les bandes de transmission micro-ondes à haute fréquence, difficiles à émettre et à détecter dans les circuits électriques conventionnels. Un jour, les capteurs micro-ondes atomiques pourraient être une partie essentielle des connexions Internet à haut débit.
En synthèse
Le dispositif de conversion d’information quantique développé par l’équipe du Centre QOT pour les technologies optiques quantiques ouvre la voie à de nouvelles applications dans les technologies quantiques, les infrastructures de réseaux quantiques et la radioastronomie micro-ondes.
La simplicité du dispositif et sa capacité à fonctionner à température ambiante pourraient permettre une miniaturisation future et une intégration dans diverses applications, y compris les communications de masse et les technologies mobiles de nouvelle génération.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la conversion d’information quantique ?
La conversion d’information quantique est un processus essentiel pour les réseaux quantiques hybrides, qui connectent différents dispositifs quantiques tels que les ordinateurs quantiques. Elle permet de transférer l’information quantique entre les photons micro-ondes et optiques.
2. Quel est le rôle des atomes de Rydberg dans la conversion d’information quantique ?
Les atomes de Rydberg peuvent interagir à la fois avec les photons micro-ondes et optiques, ce qui les rend utiles pour réaliser la conversion d’information quantique. Ils sont très sensibles au rayonnement micro-ondes et peuvent être produits par excitation laser des électrons de valence, par exemple dans les atomes de rubidium.
3. Quelles sont les applications potentielles de la conversion micro-ondes-optique ?
Les applications potentielles incluent les technologies quantiques, les infrastructures de réseaux quantiques, la radioastronomie micro-ondes, et les technologies de communication de masse, telles que les technologies mobiles de nouvelle génération qui utiliseront intensivement les bandes de transmission micro-ondes à haute fréquence.
4. Quelle est la nouveauté du dispositif développé par l’équipe du Centre QOT ?
Le dispositif proposé est nettement plus simple que les précédents et pourrait être miniaturisé à l’avenir. Il peut fonctionner à température ambiante et présente des niveaux de bruit très faibles, ce qui lui permet d’effectuer des opérations même sur des photons uniques.
5. Comment ont-ils démontré la détection de rayonnement micro-ondes thermique ?
Les chercheurs ont utilisé le dispositif de conversion pour détecter le rayonnement micro-ondes thermique à température ambiante sans utiliser d’antennes micro-ondes ou d’amplificateurs à faible bruit. Le dispositif doit être sensible aux photons uniques pour atteindre ce niveau de détection.
Légende de l’image : Schéma du dispositif de conversion d’information quantique basé sur des atomes de Rydberg à température ambiante
Source : S. Borowka, U. Pylypenko, M. Mazelanik, M. Parniak, « Continuous wideband microwave-to-optical converter based on room-temperature Rydberg atoms », Nature Photonics (2023), https://www.nature.com/articles/s41566-023-01295-w, doi: 10.1038/s41566-023-01295-w
