Une équipe de chercheurs a développé un dispositif de comptage de photons sur puce qui pourrait faire progresser de manière significative de nombreuses applications de la technologie quantique.
Le laboratoire de Hong Tang, Llewellyn West Jones, Jr. Professor of Electrical Engineering, Applied Physics & Physics, a mis au point la première réalisation d’un détecteur à résolution de nombre de photons (PNR) sur puce qui peut résoudre jusqu’à 100 photons à un temps. Ce détecteur montre sa puissance dans la résolution des statistiques photoniques d’une impulsion lumineuse. Les résultats sont publiés dans Photonique de la nature.
Les détecteurs à résolution du nombre de photons (PNR) sont considérés comme la technologie la plus recherchée pour mesurer la lumière. Avec une sensibilité très élevée, ils peuvent résoudre le nombre de photons même dans une impulsion lumineuse extrêmement faible. Ils sont essentiels à une vaste gamme d’applications quantiques, notamment l’informatique quantique, la cryptographie quantique et la télédétection. Cependant, les dispositifs actuels de comptage de photons sont limités quant au nombre de photons qu’ils peuvent détecter à la fois, généralement un seul à la fois, et pas plus de 10.
« Le problème est que si vous en avez plus d’un, le détecteur sera saturé, vous ne pouvez donc pas dire combien de photons vous avez », a déclaré le co-auteur principal Yiyu Zhou, associé postdoctoral au laboratoire de Tang.
L’appareil du groupe Tang, cependant, non seulement fait progresser la capacité PNR jusqu’à 100, mais améliore également de trois ordres de grandeur le taux de comptage. Il fonctionne également à une température facilement accessible.
Pour cette raison, l’appareil permet une plus large gamme d’applications, a déclaré Tang, « en particulier dans de nombreuses applications quantiques à émergence rapide, telles que l’échantillonnage Boson à grande échelle, l’informatique quantique photonique et la métrologie quantique ».
La complexité de l’appareil a nécessité des années de conception et de fabrication, puis aussi de vérification de ses performances.
Pour poursuivre leurs travaux, les chercheurs prévoient de réduire la taille de l’appareil et d’augmenter le nombre de photons qu’il peut détecter. Cela pourrait inclure l’utilisation de différents matériaux diélectriques pour augmenter sa résolution du nombre de photons à plus de 1 000.
De plus, ils veulent intégrer le détecteur avec des sources de lumière quantique sur puce. Les détecteurs conventionnels sont conçus pour être interfacés avec une fibre optique, ce qui peut entraîner une perte de signal.
« Si nous pouvons tout intégrer ensemble, nous aurions une perte plus faible et une fidélité de mesure plus élevée », a déclaré Risheng Cheng, ancien associé postdoctoral au laboratoire de Tang et actuellement chercheur à Meta.
Plus d’information:
Risheng Cheng et al, Un détecteur de résolution de nombre de photons de 100 pixels dévoilant des statistiques de photons, Photonique de la nature (2022). DOI : 10.1038/s41566-022-01119-3