Plate-forme innovante pour les ordinateurs quantiques et les communications —


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  • La capacité d’interagir avec la lumière fournit des fonctionnalités importantes pour les systèmes quantiques, telles que la communication sur de grandes distances, une capacité clé pour les futurs ordinateurs quantiques. Cependant, il est très difficile de trouver un matériau capable d’exploiter pleinement les propriétés quantiques de la lumière. Une équipe de recherche du CNRS et de l’Université de Strasbourg, avec le soutien de Chimie ParisTech-PSL1 et en collaboration avec les équipes allemandes du KIT2, a démontré le potentiel d’un nouveau matériau à base de terres rares comme système photonique quantique. Les résultats, publiés le 9 mars 2022 dans Nature, montrent l’intérêt des cristaux moléculaires d’europium pour les mémoires quantiques et les ordinateurs.

    Si les technologies quantiques promettent une révolution dans le futur, elles restent encore complexes à mettre en place. Par exemple, les systèmes quantiques capables d’interagir avec la lumière pour créer des fonctionnalités de traitement de l’information et de la communication via la fibre optique notamment, restent rares. Une telle plateforme3 doit idéalement comprendre une interface avec la lumière ainsi que des unités de stockage d’informations, c’est-à-dire une mémoire. Le traitement de l’information doit aussi être possible au sein de ces unités, qui prennent la forme de spin4. Développer des matériaux permettant d’établir un lien entre les spins et la lumière au niveau quantique s’est avéré particulièrement difficile.

    Une équipe de scientifiques du CNRS et de l’Université de Strasbourg, avec le soutien de Chimie ParisTech-PSL et en collaboration avec des équipes allemandes du KIT, a réussi à démontrer l’intérêt des cristaux moléculaires d’europium5 pour les communications et les processeurs quantiques, grâce à leurs transitions optiques ultra-étroites permettant des interactions optimales avec la lumière.

    Ces cristaux sont le produit combiné de deux systèmes déjà utilisés en technologie quantique : les ions de terres rares (comme l’europium) et les systèmes moléculaires. Les cristaux de terres rares sont connus pour leurs excellentes propriétés optiques et de spin, mais leur intégration dans les dispositifs photoniques est complexe. Les systèmes moléculaires manquent généralement de spins (unité de stockage ou de calcul), ou au contraire présentent des raies optiques trop larges pour établir un lien fiable entre les spins et la lumière.

    Les cristaux moléculaires d’europium représentent une avancée majeure, car ils ont des largeurs de raie ultra-fines. Cela se traduit par des états quantiques à longue durée de vie, qui ont été utilisés pour démontrer le stockage d’une impulsion lumineuse à l’intérieur de ces cristaux moléculaires. De plus, un premier bloc de construction pour un ordinateur quantique contrôlé par la lumière a été obtenu. Ce nouveau matériau pour les technologies quantiques offre des propriétés inédites et ouvre la voie à de nouvelles architectures d’ordinateurs et de mémoires quantiques dans lesquelles la lumière jouera un rôle central.

    Les résultats ouvrent également de larges perspectives de recherche grâce aux nombreux composés moléculaires synthétisables.

    Remarques

    1 — Des scientifiques des laboratoires suivants ont participé : l’Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech-PSL), l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg), l’Institut de science et d’ ingénierie supramoléculaire (CNRS/Université de Strasbourg), et le Centre européen de sciences quantiques.

    2 — Karlsruher Institute of Technology (KIT) comprenant l’Institut des matériaux et technologies quantiques (IQMT), l’Institut de nanotechnologie (INT) et le Physikalishes Institut (PHI) en Allemagne, ont également participé

    3 — Une plate-forme fait référence à un matériau quantique multifonctionnel.

    4 — Le spin est l’une des propriétés des particules, avec la masse et la charge électrique, qui détermine leur comportement dans un champ magnétique.

    5 — Les cristaux moléculaires sont des empilements parfaitement ordonnés de molécules individuelles.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par CNRS. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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