Une équipe de physiciens dirigée par Bristol a trouvé un moyen de faire fonctionner des capteurs photoniques manufacturables en masse à la limite quantique. Cette percée ouvre la voie à des applications pratiques telles que la surveillance des gaz à effet de serre et la détection du cancer.
Les capteurs font partie intégrante de notre vie quotidienne. Bien qu’ils passent souvent inaperçus, les capteurs fournissent des informations essentielles essentielles aux soins de santé modernes, à la sécurité et à la surveillance de l’environnement. Les voitures modernes contiennent à elles seules plus de 100 capteurs et ce nombre ne fera qu’augmenter.
La détection quantique est sur le point de révolutionner les capteurs d’aujourd’hui, en augmentant considérablement les performances qu’ils peuvent atteindre. Des mesures plus précises, plus rapides et plus fiables des grandeurs physiques peuvent avoir un effet transformateur sur tous les domaines de la science et de la technologie, y compris notre vie quotidienne.
Cependant, la majorité des schémas de détection quantique reposent sur des états spéciaux intriqués ou comprimés de lumière ou de matière qui sont difficiles à générer et à détecter. Il s’agit d’un obstacle majeur à l’exploitation de la pleine puissance des capteurs limités quantiques et à leur déploiement dans des scénarios réels.
Dans un article publié dans Lettres d’examen physiqueune équipe de physiciens des universités de Bristol, Bath et Warwick ont montré qu’il est possible d’effectuer des mesures de haute précision de propriétés physiques importantes sans avoir besoin d’états quantiques sophistiqués de la lumière et de schémas de détection.
La clé de cette percée est l’utilisation de résonateurs en anneau – de minuscules structures de piste de course qui guident la lumière dans une boucle et maximisent son interaction avec l’échantillon à l’étude. Il est important de noter que les résonateurs en anneau peuvent être fabriqués en masse en utilisant les mêmes processus que les puces de nos ordinateurs et smartphones.
Alex Belsley, Ph.D. des laboratoires de technologie d’ingénierie quantique (QET Labs). étudiant et auteur principal des travaux, a déclaré : « Nous nous rapprochons de tous les capteurs photoniques intégrés fonctionnant aux limites de détection imposées par la mécanique quantique. »
L’utilisation de cette technologie pour détecter les changements d’absorption ou d’indice de réfraction peut être utilisée pour identifier et caractériser une large gamme de matériaux et d’échantillons biochimiques, avec des applications topiques allant de la surveillance des gaz à effet de serre à la détection du cancer.
Le professeur agrégé Jonathan Matthews, co-directeur de QETLabs et co-auteur des travaux, a déclaré : « Nous sommes vraiment enthousiasmés par les opportunités que ce résultat permet : nous savons maintenant comment utiliser des processus manufacturables en masse pour concevoir des capteurs photoniques à l’échelle de la puce qui fonctionnent à la limite quantique. »
Alexandre Belsley et al, Advantage of Coherent States in Ring Resonators over Any Quantum Probe Single-Pass Absorption Estimation Strategy, Lettres d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevLett.128.230501