Un détecteur monophotonique pour des communications quantiques sécurisées et ultra-rapides
Produits à la demande avec des propriétés quantiques bien définies, les photons uniques offrent un éventail de possibilités sans précédent, d’une importance révolutionnaire pour les domaines de recherche modernes. Cela va des informations quantiques aux diagnostics médicaux, en passant par la télédétection, la photographie et l’astronomie. Soutenus en partie par un financement de l’UE, les chercheurs du projet Qdet ont mis au point un détecteur innovant qui rend les expériences quantiques complexes plus faciles et rapides à mettre en œuvre. «Le nouveau système prototype de Qdet est le premier à détecter des photons uniques dans le spectre proche infrarouge avec une efficacité proche de 100 %, un bruit ultra-faible et une résolution dans le temps extrêmement élevée», note le Dr Sander Dorenbos, directeur général de Single Quantum, partenaire du projet. Exploiter les progrès de la supraconductivité Les chercheurs du projet ont mis à profit le succès d’un nouveau type de détecteur basé sur des nanofils supraconducteurs récemment mis sur le marché par Single Quantum. «Les détecteurs monophotoniques nanofilaires supraconducteurs (SNSPD) possèdent, en matière de détection de photons, une efficacité nettement supérieure à celle de leurs homologues semi-conducteurs qui sont encore largement utilisés dans les laboratoires de recherche et dans l’industrie», note le Dr Dorenbos. Le SNSPD est un détecteur opérant dans le proche infrarouge, qui contient un film mince et étroit de matériau supraconducteur. Grâce à des processus de nanofabrication, il est disposé sous la forme d’un ensemble compact et plissé de nanofils. Le nanofil est refroidi bien en dessous de sa température critique supraconductrice et polarisé avec un courant proche de son courant critique supraconducteur. Le principe de détection repose sur la transition qui fait passer le nanofil d’un état supraconducteur à un état résistif. Une fois qu’un photon individuel est absorbé dans le nanofil plissé, il y a une rupture locale de la supraconductivité. Par conséquent, le courant est dirigé vers l’électronique d’amplification et provoque une impulsion de tension. La supraconductivité est alors rétablie en peu de temps et le SNSPD est prêt à détecter le photon suivant. À ce jour, les SNSPD sont les détecteurs les plus rapides comptant des photons uniques, et permettent ainsi de nombreuses applications révolutionnaires dans les technologies de l’information quantique. «Notre système prototype surpasse les détecteurs à la pointe de la technologie actuelle de plusieurs ordres de grandeur», note le Dr Dorenbos. Optimiser le fonctionnement dans le proche infrarouge La transmission sécurisée d’informations quantiques sur de longues distances nécessite des détecteurs ultrarapides et un système de mémoire quantique viable au moins pendant la durée de la transmission. «Le détecteur monophotonique de Qdet constitue un apport significatif à la boîte à outils quantique qui devrait permettre d’échanger et de traiter des informations en toute sécurité», ajoute le Dr Dorenbos. L’équipe du projet a perfectionné le détecteur de lumière de Single Quantum pour qu’il fonctionne à 795 nm. Cette longueur d’onde facilite l’expérimentation de technologies de mémoire quantique qui stockent des photons dans un gaz d’atomes de rubidium, car il s’agit exactement de la longueur d’onde de la lumière émise par les atomes de rubidium. Le capteur quantique de Qdet, qui opère dans le spectre proche infrarouge, complète parfaitement la gamme d’outils de la société, qui comporte désormais des détecteurs à hautes performances optimisés pour les longueurs d’onde essentielles: 1 300 nm et 1 550 nm pour la recherche en communication optique, 900 nm pour les points quantiques et 1 060 nm pour la détection et la télémétrie par ondes lumineuses, pour n’en nommer que quelques-unes.
Mots‑clés
Qdet, proche infrarouge, information quantique, détecteur monophotonique nanofilaire supraconducteur (SNSPD), Single Quantum, mémoire quantique, communications quantiques
