La capacité de générer de nombreux photons intriqués dans ce que l'on appelle des " états de cluster " est un défi majeur pour les technologies quantiques optiques, avec des applications dans l'informatique quantique, les réseaux et la détection. Une équipe de chercheurs du C2N, en collaboration avec des partenaires universitaires (Institut Néel, Grenoble et universités de Leiden, de Crète, Virginia Tech) et industriels (Quandela), a démontré la génération déterministe de tels états à l'aide d'un dispositif basé sur un point quantique semi-conducteur.
En intriquant un spin intégré dans le point quantique et les photons uniques émis dans une séquence temporelle, les auteurs démontrent l'intrication de deux et trois parties avec une efficacité record, affichant des taux de génération supérieurs de plusieurs ordres de grandeur à l'état antérieur de la technique dans différentes technologies. C'est également la première fois, toutes plateformes confondues, qu'une efficacité aussi élevée est combinée à l'indiscernabilité des photons - une caractéristique cruciale pour l'évolution vers des états de grappes 3D pour l'informatique quantique tolérante aux pannes.
Le protocole mis en œuvre permet de convertir l'un des générateurs de photons uniques les plus efficaces en une machine à tisser des photons intriqués à l'échelle microscopique.
Reference
High-rate entanglement between a semiconductor spin and indistinguishable photons
N. Coste1, D. A. Fioretto1, N. Belabas1, S. C. Wein2,3, P. Hilaire2,4, R. Frantzeskakis5, M. Gundin1, B. Goes3, N. Somaschi2, M. Morassi1, A. Lemaître1, I. Sagnes1, A. Harouri1, S. E. Economou6, A. Auffeves3, O. Krebs1, L. Lanco1,7 & P. Senellart1
Nature Photonics (2023)
DOI : https://doi.org/10.1038/s41566-023-01186-0
Affiliations
1 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris-Saclay, Palaiseau, France.
2 Quandela, Massy, France.
3 Institut Néel, Université Grenoble Alpes, Grenoble, France.
4 Huygens-Kamerlingh Onnes Laboratory, Leiden University, Leiden, The Netherlands.
5 Department of Physics, University of Crete, Heraklion, Greece.
6 Department of Physics, Virginia Tech, Blacksburg, VA, USA.
7 Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Université Paris Cité, Palaiseau, France.
Contact C2N : Pascale Senellart
Figure: The semiconductor device. A quantum dot (represented by a yellow triangle in the picture) is embedded in the center of the micropillar structure. In the experiment, by precisely timing excitation pulses to the free precession of a single electron spin (green arrow) in the quantum dot around a magnetic field (B), the team demonstrated entanglement between the spin and two successively emitted photons (blue dots).
