Des chercheurs de l'Université de recherches nucléaires (National Research Nuclear University «MEPhI») sont parvenus les premiers au monde à démontrer l'accélération d'émission de points quantiques, ce qui pourrait aboutir à la création d'un ordinateur quantique. L'étude a été publiée dans la revue scientifique Optics Express.
Les points quantiques sont des nanostructures fluorescentes prometteuses pour l'utilisation d'interactions entre lumière et matière. Ils sont capables d’absorber les couleurs et d’émettre des longueurs d'onde bien déterminées en fonction de la taille de chaque nanocristal. Cela veut dire que tel ou tel point quantique émet une couleur déterminée. Cette propriété les rend idéaux pour l'enregistrement multicolore ultrasensible d'objets biologiques, ainsi que pour le diagnostic médical.
Les chercheurs faisant partie du laboratoire de nano-bio-ingénierie au sein de l'Université MEPhI ont démontré pour la première fois au monde une augmentation du taux d'émission spontanée de points quantiques à l'intérieur d'une microcavité de silicium poreux et une amélioration de l'intensité de photoluminescence des points quantiques semi-conducteurs dans le régime de couplage lumière-matière.
Approche nouvelle de l'émission luminescente spontanée
Les résultats obtenus représentent une approche nouvelle de l'émission luminescente spontanée par le biais du changement de l'entourage électromagnétique local des luminophores dans une matrice poreuse. Cela offre la perspective de développement d'applications nouvelles dans le domaine des biosenseurs, de l'opto-électronique, de la cryptographie et des calculs quantiques.
En outre, ces recherches pourraient fournir une nouvelle base d'éléments pour les ordinateurs optiques ou les systèmes cryptographiques afin de remplacer des sources encombrantes de photons séparés ou d'éléments logiques optiques. Outre la simplicité, l'utilisation de nouveaux systèmes permettra de résoudre l’un des problèmes clés du secteur qui consiste à obtenir «sur demande» (on-demand) des photons séparés ou quantiquement enchevêtrés, ce qui est aujourd'hui pratiquement irréalisable.
Les photons intriqués à la base d'une téléportation quantique
Les photons enchevêtrés ou intriqués, une paire de particules présentant des états quantiques dépendant l'un de l'autre, jouent un rôle important dans la physique moderne. Sans ces photons intriqués, il est pratiquement impossible de réaliser un lien quantique et une téléportation quantique, ainsi que de construire des ordinateurs quantiques connectés à un Internet quantique. L'apparition d'un de ces ordinateurs changera totalement les principes de plusieurs domaines, notamment des modèles moléculaires, de la cryptographie ou de l'intelligence artificielle.
«Des méthodes différentes sont utilisées pour augmenter la luminescence de telles structures. En ce sens, l'utilisation des cristaux photoniques présente un intérêt particulier. Le changement régulier du taux de réfraction dans le cristal photonique permet d'obtenir une augmentation locale de la densité des états photoniques qui a pour effet une augmentation de l'intensité et de la vitesse de l'émission spontanée des luminophores», a expliqué à Sputnik Pavel Samokhvalov, co-auteur de l’étude.
Les cristaux photoniques sont obtenus à partir du silicium poreux qui permet de contrôler le taux de réfraction mieux que d'autres matières, a une meilleure capacité de sorption et est facile à produire.
Cependant les chercheurs n'ont toujours pas réussi à obtenir une augmentation de vitesse de la relaxation radiative des luminophores dans les cristaux photoniques à base de silicium poreux suite à une forte diminution de la luminescence lors du contact avec une surface poreuse.
