Le pistolet à photons arc-en-ciel quantique dévoilé

Nous avons beaucoup entendu parler de la possibilité d'un Internet quantique qui utilise des photons uniques pour coder et envoyer des informations protégées par la technologie émergente de la cryptographie quantique.

Le principal avantage d'un tel système est une sécurité parfaite, le genre de chose que les gouvernements, l'armée, les banques et divers autres groupes paieraient généreusement pour y parvenir.

L'une des technologies habilitantes pour un Internet quantique est un pistolet à photons fiable qui peut tirer des photons uniques à la demande. Ce n'est pas facile.

L'une des faiblesses importantes des systèmes cryptographiques quantiques actuels est la possibilité limitée que les lasers actuels émettent des photons par paquets plutôt qu'un à la fois. Lorsque cela se produit, un espion peut utiliser ces photons supplémentaires pour extraire des informations sur les données transmises.

L'intérêt pour le développement de canons à photons qui émettent des photons uniques ne manque donc pas et, en effet, divers groupes ont fait des progrès significatifs dans ce sens.

Dans ce contexte, Michael Fortsch de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière à Erlangen, en Allemagne, et quelques amis disent aujourd'hui qu'ils ont fait une percée significative. Ces gars pensent qu'ils ont construit un émetteur de photons avec une gamme de propriétés qui le rendent beaucoup plus flexible, efficace et utile qu'auparavant - une sorte de supergun à photons.

Le pistolet est un cristal en forme de disque de niobate de lithium zappé avec une lumière de 582 nm provenant d'un laser à grenat d'aluminium et d'yttrium dopé au néodyme (Nd:YAG). Le niobate de lithium est un matériau non linéaire qui provoque la conversion spontanée de photons uniques en paires de photons.

Ainsi, les photons de 582 nm ricochent à l'intérieur du disque et finissent par émerger sous forme de photons de 582 nm inchangés ou sous forme de paire de photons intriqués avec environ deux fois la longueur d'onde (environ 1060 nm). Cette paire intriquée n'a pas tout à fait la même longueur d'onde et les trois types de photons peuvent donc être facilement séparés.

Les photons de 582 nm sont ignorés. De l'autre paire, l'un est utilisé pour transmettre des informations et l'autre est capté par un détecteur pour confirmer que l'autre photon est prêt à être transmis.

Alors, qu'y a-t-il de si spécial à propos de ce pistolet à photons ? Le premier et le plus important est que le canon émet des photons par paires. C'est important car la détection d'un photon est un signe sans ambiguïté qu'un autre a également été émis. C'est comme un horodatage qui indique qu'un photon est en route.

Ce soi-disant héraut de photons signifie qu'il ne peut y avoir aucune confusion quant à savoir si le pistolet divulgue secrètement des informations à un espion potentiel.

Ce canon est également rapide, émettant quelque 10 millions de paires de photons par seconde par mW et également deux ordres de grandeur plus efficaces que les autres canons à photons.

Ces types peuvent également modifier la longueur d'onde des photons émis par le canon en chauffant ou en refroidissant le cristal et en modifiant ainsi sa taille. Cet arc-en-ciel de couleurs s'étend sur 100 nm (OK, pas tout à fait un arc-en-ciel mais vous voyez l'image).

C'est important car cela signifie que le canon peut être réglé sur différentes transitions atomiques permettant aux physiciens et aux ingénieurs de jouer avec une variété d'atomes différents pour le stockage d'informations quantiques.

Dans l'ensemble, un exploit impressionnant et clairement une étape habilitante sur la voie d'outils de traitement de l'information quantique plus puissants.

Réf : arxiv.org/abs/1204.3056 : Une source polyvalente de photons uniques pour le traitement de l'information quantique

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