mai 20, 2022

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La nouvelle source est compacte et fonctionne à température ambiante !

Des chercheurs ont mis au point une nouvelle source de photons uniques de haute pureté pouvant fonctionner à température ambiante. La source est une étape importante vers des applications pratiques de la technologie quantique, telles que la communication de haute sécurité basée sur la distribution quantique de clés (QKD).

« Nous avons développé une méthode à la demande pour générer des photons de haute pureté dans un système évolutif et portable fonctionnant à température ambiante », a déclaré Helen Zing, membre de l’équipe de recherche de l’Université de technologie de Sydney en Australie. « Notre source de photons unique peut améliorer le développement de systèmes QKD pratiques et peut être intégrée dans une variété d’applications photoniques quantiques du monde réel. »

Dans le groupe d’édition Optica Lettres optiquesTsing et ses collègues de l’Université australienne de Nouvelle-Galles du Sud et de l’Université Macquarie décrivent leur nouvelle source de photons uniques et montrent qu’elle peut produire plus de dix millions de photons uniques par seconde à température ambiante. Ils ont également intégré une source de photons unique dans un appareil entièrement portable capable d’effectuer un QKD.

La nouvelle source à photon unique combine de manière unique un matériau bidimensionnel appelé nitrure de bore hexagonal avec un composant optique appelé lentille à immersion solide hémisphérique, multipliant par six l’efficacité de la source.

Photons uniques à température ambiante

QKD fournit un cryptage impénétrable pour les communications de données en utilisant les propriétés quantiques de la lumière pour générer des clés aléatoires sécurisées pour crypter et décrypter les données. Les systèmes QKD nécessitent des sources lumineuses puissantes qui émettent de la lumière sous la forme d’une série de photons individuels. Cependant, la plupart des sources à photon unique aujourd’hui ne fonctionnent pas bien à moins qu’elles ne fonctionnent à des températures glaciales de centaines de degrés en dessous de zéro, ce qui limite leur efficacité.

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Bien que le nitrure de bore hexagonal ait déjà été utilisé pour créer une source de photon unique fonctionnant à température ambiante, les chercheurs n’ont pas encore été en mesure d’atteindre les efficacités nécessaires pour une application dans le monde réel. « La plupart des méthodes utilisées pour améliorer les sources de photon unique au nitrure d’hexa-bore sont basées sur un positionnement précis de l’émetteur ou sur l’utilisation de la nanofabrication », a déclaré Zeng. « Cela rend les appareils complexes, difficiles à mesurer et difficiles à produire en masse. »

Zeng et ses collègues ont cherché une meilleure solution en utilisant une lentille à tête fraisée solide pour focaliser les photons provenant d’un seul émetteur de photons, permettant ainsi de détecter davantage de photons. Ces lentilles sont disponibles dans le commerce et faciles à fabriquer.

Les chercheurs ont combiné la nouvelle source de photons uniques avec un microscope confocal portable spécialement conçu qui peut mesurer des photons uniques à température ambiante, créant ainsi un système capable d’effectuer la QKD. La source de photons uniques et le microscope confocal sont logés dans un boîtier robuste mesurant seulement 500 x 500 millimètres et pesant environ 10 kg. Le faisceau est également conçu pour gérer les vibrations et la lumière parasite.

« Nos appareils simplifiés sont plus faciles à utiliser et beaucoup plus petits que les appareils de table optique traditionnels, qui occupent souvent des laboratoires entiers », a déclaré Zeng. « Cela permet au système d’être utilisé avec une gamme de schémas informatiques quantiques. Il peut également être adapté pour fonctionner avec l’infrastructure de télécommunications existante. »

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Afficher le codage quantique

Les tests sur la nouvelle source de photons uniques ont montré qu’elle peut atteindre un taux de collecte de photons uniques de 107 Hz tout en conservant une excellente pureté – ce qui signifie que chaque impulsion a une faible probabilité de contenir plus d’un photon. Il a également démontré une stabilité exceptionnelle pendant de nombreuses heures de fonctionnement continu. Les chercheurs ont également démontré la capacité du système à effectuer un QKD dans des conditions réalistes, montrant que le QKD garanti à des taux de répétition de 20 MHz serait possible sur plusieurs kilomètres.

Maintenant que les chercheurs ont démontré la preuve que leurs appareils mobiles peuvent effectuer une cryptographie quantique complexe, ils prévoient d’effectuer d’autres tests sur sa force, sa stabilité et son efficacité lors du codage. Ils prévoient également d’utiliser la nouvelle source pour effectuer QKD dans des conditions réelles, plutôt qu’en laboratoire. « Nous sommes maintenant prêts à transformer ces avancées scientifiques dans les matériaux quantiques 2D en produits prêts pour la technologie », a déclaré Igor Aharonovich, qui a dirigé le projet.

Origine de l’histoire :

Matériaux Introduction de optique. Remarque : Le contenu peut être modifié en fonction du style et de la longueur.