Le laser sur cristal de niobate de lithium s'anime avec un courant de 40 milliampères. Sa lumière se divise en deux faisceaux, chacun traverse un guide d'ondes de six millimètres, et là naissent des paires de photons jumeaux. Un faisceau fait tourner la polarisation de ses jumeaux, puis les deux flux se rejoignent dans un lit commun. À la sortie, une fabrique quantique dans la paume de la main : 45 milliards de paires intriquées par seconde avec une puissance de seulement 18,8 microwatts.
Les photons intriqués sont les chevaux de trait des technologies quantiques : ils sont nécessaires pour le calcul, les communications sécurisées et les mesures ultra-sensibles. La plupart des sources actuelles exigent un laser externe encombrant pour le pompage optique, ce qui entrave la miniaturisation. Ici, le laser et le matériau non linéaire cohabitent sur le même cristal, et le rotateur de polarisation-combineur est fabriqué avec le même procédé que les guides d'ondes. Avant ces travaux, les sources à pompage électrique sur puce étaient soit faibles, soit à bande étroite, soit ne produisaient pas d'intrication de polarisation.
Désormais, l'intrication peut être obtenue sans optique externe : il suffit d'appliquer un courant. C'est un pas vers des systèmes quantiques entièrement autonomes sur puce. La prochaine étape est l'intégration monolithique complète : transférer le laser sur la même puce par collage de plaquettes ou micro-transfert, afin d'éliminer le couplage et d'améliorer l'efficacité d'injection de la lumière. Ensuite, on pourra intégrer des modulateurs, des filtres et des détecteurs sur la même plateforme de niobate de lithium, créant ainsi une puce quantique « tout-en-un ». Le multiplexage en longueur d'onde ouvrira la voie à des sources multicanaux pour les réseaux quantiques.
La fabrique quantique de poche est déjà capable de produire des paires intriquées pour la distribution quantique de clés avec multiplexage en longueur d'onde et pour les communications quantiques par satellite. Il reste à apprendre à intégrer sur le même cristal les détecteurs et l'électronique de contrôle, et alors les communications quantiques deviendront véritablement portables.
La largeur de bande de 73 nm équivaut à environ 9 térahertz, soit des milliers de fois plus large que celle des meilleures sources de photons uniques à boîtes quantiques.