La combinaison de puces électroniques et photoniques permet d'établir un nouveau record en matière de détection ultra-rapide de lumière quantique

L'exploitation des propriétés de la physique quantique promet de nouvelles voies pour surpasser l'état actuel des connaissances en matière d'informatique, de communication et de mesure. Dans ce contexte, des nombreuses applications reposent sur les états « comprimés » de la lumière, qui présentent un niveau de bruit quantique inferieur à la limite classique établie par la lumière laser. Ces propriétés sont essentielles pour la métrologie, comme pour les détecteurs interférométriques d’ondes gravitationnelles ‘advanced’ LIGO et VIRGO, ainsi que pour la communication et l’ordinateur quantiques. L'amélioration des méthodes de mesure d’états comprimés a donc un très large impact sur les développements des technologies quantiques.

Afin de mesurer le bruit en optique quantique, il est nécessaire d’utiliser des détecteurs ayant un bruit électronique ultra-bas. Cependant, les détecteurs respectant cette condition ont, jusqu'à présent, été limités dans la vitesse des signaux qui peuvent être mesurés. Ceci a un impact direct sur la vitesse de traitement des technologies de l'information, car, en effet, plus la bande passante du détecteur est élevée, plus il est possible d’effectuer des calculs et transmettre des informations rapidement. Le détecteur intégré, réalisé et testé par les équipes de Bristol et de Nice, est construit à partir d’un circuit microélectronique en silicium et d'une puce photonique en silicium. Ceci a permis de réaliser un dispositif de très petite taille, inférieure à un millimètre carré, dont la bande passante, portée à 9 GHz, est supérieure par un ordre de grandeur aux précédentes réalisations. Le système a ainsi pu être utilisé pour observer les propriétés quantiques de la lumière "comprimée" à des vitesses qui établissent l’état de l’art actuel.

Cette démonstration montre la pertinence des systèmes de détection intégrés de nouvelle génération combinant sur une même plateforme circuits photonique et électronique. Cette stratégie est nécessaire pour que l'ensemble des architectures quantiques fonctionne efficacement et permette d’ouvrir la voie à la fabrication en série de systèmes à hautes performances.

Cet article a fait la couverture du numéro de Nature Photonics.

 

Référence 

Silicon photonics interfaced with integrated electronics for 9 GHz measurement of squeezed light
Joel Tasker, Jonathan Frazer, Giacomo Ferranti, Euan Allen, Léandre Brunel, Sébastien Tanzilli, Virginia D’Auria and Jonathan Matthews
Nature Photonics 15, 11–15 (2021)

Contact chercheur

• Virginia D’Auria, maîtresse de conférences, Université Côte d'Azur
• Sébastien Tanzilli, directeur de recherche CNRS