Une nouvelle technologie pour manipuler la lumière —


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  • Les ordinateurs quantiques sont l’une des technologies futures clés du 21St siècle. Des chercheurs de l’Université de Paderborn, sous la direction du professeur Thomas Zentgraf et en coopération avec des collègues de l’Université nationale australienne et de l’Université de technologie et de design de Singapour, ont développé une nouvelle technologie de manipulation de la lumière qui peut être utilisée comme base pour les futurs ordinateurs quantiques optiques. Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Photonique de la nature.

    De nouveaux éléments optiques pour manipuler la lumière permettront des applications plus avancées dans les technologies de l’information modernes, en particulier dans les ordinateurs quantiques. Cependant, un défi majeur qui demeure est la propagation non réciproque de la lumière à travers des surfaces nanostructurées, où ces surfaces ont été manipulées à une échelle minuscule. Le professeur Thomas Zentgraf, chef du groupe de travail sur la nanophotonique ultrarapide à l’université de Paderborn, explique : « Dans la propagation réciproque, la lumière peut emprunter le même chemin vers l’avant et vers l’arrière à travers une structure ; cependant, la propagation non réciproque est comparable à une rue à sens unique. où il ne peut s’étendre que dans une seule direction. » La non-réciprocité est une caractéristique particulière de l’optique qui amène la lumière à produire des caractéristiques matérielles différentes lorsque sa direction est inversée. Un exemple serait une fenêtre en verre qui est transparente d’un côté et laisse passer la lumière, mais qui agit comme un miroir de l’autre côté et réfléchit la lumière. C’est ce qu’on appelle la dualité. « Dans le domaine de la photonique, une telle dualité peut être très utile pour développer des éléments optiques innovants pour manipuler la lumière », explique Zentgraf.

    Dans une collaboration actuelle entre son groupe de travail à l’Université de Paderborn et des chercheurs de l’Université nationale australienne et de l’Université de technologie et de design de Singapour, la propagation non réciproque de la lumière a été combinée à une conversion de fréquence de la lumière laser, c’est-à-dire un changement de fréquence et donc aussi la couleur de la lumière. « Nous avons utilisé la conversion de fréquence dans les structures spécialement conçues, avec des dimensions de l’ordre de quelques centaines de nanomètres, pour convertir la lumière infrarouge – qui est invisible à l’œil humain – en lumière visible », explique le Dr Sergey Kruk, Marie Curie Fellow dans le groupe de Zentgraf. Les expériences montrent que ce processus de conversion n’a lieu que dans une direction d’éclairage pour la surface nanostructurée, alors qu’il est complètement supprimé dans la direction d’éclairage opposée. Cette dualité dans les caractéristiques de conversion de fréquence a été utilisée pour coder des images dans une surface autrement transparente. « Nous avons disposé les différentes nanostructures de manière à ce qu’elles produisent une image différente selon que la surface de l’échantillon est éclairée par l’avant ou par l’arrière », explique Zentgraf, ajoutant : « Les images ne sont devenues visibles que lorsque nous avons utilisé la lumière laser infrarouge pour l’illumination. »

    Dans leurs premières expériences, l’intensité de la lumière convertie en fréquence dans le domaine visible était encore très faible. L’étape suivante consiste donc à améliorer encore l’efficacité afin que moins de lumière infrarouge soit nécessaire pour la conversion de fréquence. Dans les futurs circuits optiquement intégrés, le contrôle de direction pour la conversion de fréquence pourrait être utilisé pour commuter directement la lumière avec une lumière différente, ou pour produire des conditions photoniques spécifiques pour les calculs d’optique quantique directement sur une petite puce. « Peut-être verrons-nous une application dans les futurs ordinateurs quantiques optiques où la production dirigée de photons individuels à l’aide de la conversion de fréquence jouera un rôle important », déclare Zentgraf.

    Source de l’histoire :

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

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