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Réaliser une fibre quantique

Inventée en 1970 par Corning Integrated, la fibre optique à faible perte est devenue le meilleur moyen de transporter efficacement des informations d’un endroit à un autre sur de longues distances sans perte d’informations. Le method de transmission de données le furthermore courant de nos jours se fait par des fibres optiques conventionnelles – un seul canal central transmet les informations. Cependant, avec l’augmentation exponentielle de la génération de données, ces systèmes atteignent les limites de la capacité de transportation d’informations. Ainsi, la recherche se concentre désormais sur la recherche de nouvelles façons d’utiliser le plein potentiel des fibres en examinant leur composition interne et en appliquant de nouvelles approches à la génération et à la transmission des signaux. De furthermore, les purposes en technologie quantique sont rendues possibles en étendant cette recherche de la lumière classique à la lumière quantique.

À la fin des années 50, le physicien Philip W. Anderson (qui a également apporté d’importantes contributions à la physique des particules et à la supraconductivité) a prédit ce que l’on appelle maintenant la localisation d’Anderson. Pour cette découverte, il a reçu le prix Nobel de physique en 1977. Anderson a montré théoriquement dans quelles problems un électron dans un système désordonné peut soit se déplacer librement à travers le système dans son ensemble, soit être lié à une posture spécifique en tant qu ‘«électron localisé». Ce système désordonné peut être par exemple un semiconducteur avec des impuretés.

Plus tard, la même approche théorique a été appliquée à une variété de systèmes désordonnés, et il en a été déduit que la lumière pouvait également subir la localisation d’Anderson. Des expériences dans le passé ont démontré la localisation d’Anderson dans les fibres optiques, réalisant le confinement ou la localisation de la lumière – lumière classique ou conventionnelle – en deux proportions tout en la propageant à travers la troisième dimension. Alors que ces expériences avaient montré des résultats positifs avec la lumière classique, jusqu’à présent, personne n’avait testé de tels systèmes avec de la lumière quantique – une lumière constituée d’états corrélés quantiques. C’est-à-dire jusqu’à récemment.

Dans une étude publiée dans Communications Physics, les chercheurs de l’ICFO Alexander Demuth, Robing Camphausen, Alvaro Cuevas, dirigés par le professeur ICREA de l’ICFO Valerio Pruneri, en collaboration avec Nick Borrelli, Thomas Seward, Lisa Lamberson et Karl W. Koch de Corning.

Une fibre optique conventionnelle vs une fibre de localisation Anderson

Contrairement aux fibres optiques monomodes conventionnelles, où les données sont transmises à travers un seul noyau, une fibre à séparation de section (PSF) ou une fibre de localisation Anderson à séparation de stage est constituée de nombreux brins de verre intégrés dans une matrice de verre de deux indices de réfraction différents. Lors de sa fabrication, lorsque le verre borosilicaté est chauffé et fondu, il est étiré en une fibre, où l’une des deux phases d’indices de réfraction différents are inclined à previous des brins de verre allongés. Puisqu’il existe deux indices de réfraction dans le matériau, cela génère ce que l’on appelle un désordre latéral, qui conduit à une localisation transversale (2D) d’Anderson de la lumière dans le matériau.

Experts en fabrication de fibres optiques, Corning a créé une fibre optique able de propager plusieurs faisceaux optiques dans une seule fibre optique en exploitant la localisation d’Anderson. Contrairement aux faisceaux de fibres multicœurs, cette PSF s’est avérée très appropriée pour de telles expériences car de nombreux faisceaux optiques parallèles peuvent se propager à travers la fibre avec un espacement negligible entre eux.

L’équipe de scientifiques, gurus en communications quantiques, souhaitait transporter l’information quantique le furthermore efficacement possible à travers la fibre optique à séparation de section de Corning. En expérience, la PSF relie un émetteur et un récepteur. L’émetteur est une resource de lumière quantique (construite par ICFO)., qui ont chacune une énergie inférieure. En raison de la conservation de la quantité de mouvement, une anti-corrélation spatiale apparaît. développée par Polimi et MPD. La caméra matricielle SPAD, contrairement aux caméras CMOS courantes.

Lumière quantique

L’équipe ICFO a conçu la configuration optique pour envoyer la lumière quantique à travers la fibre de localisation Anderson à séparation de phase et a détecté son arrivée avec la caméra à matrice SPAD. vehicle elles arrivent en même temps (coïncidence). Comme les paires sont corrélées quantiquement. L’équipe a vérifié cette corrélation juste avant et après l’envoi de la lumière quantique à travers la PSF.

Après cette démonstration, l’équipe de l’ICFO s’est ensuite mise à montrer remark améliorer ses résultats lors de travaux futurs. Pour cela, ils ont effectué une analyse de mise à l’échelle, afin de déterminer la distribution de taille optimale des brins de verre allongés pour la longueur d’onde de la lumière quantique de 810 nm. Après une analyse approfondie à la lumière classique, ils ont pu identifier les limites actuelles de la fibre à séparation de stage et proposer des améliorations de sa fabrication, afin de minimiser l’atténuation et la perte de résolution pendant le transportation.

Les résultats de cette étude ont montré que cette approche était potentiellement intéressante pour les processus de fabrication évolutifs dans les programs réelles de l’imagerie quantique ou des communications quantiques, en particulier pour les domaines de l’endoscopie haute résolution, de la distribution d’intrication et de la distribution de clé quantique.