Les magnons et les excitons ouvrent la voie à la communication quantique express
Les ordinateurs et capteurs quantiques fonctionnent à des fréquences micro-ondes, mais pour transmettre leurs signaux sur de longues distances, on utilise la fibre optique, qui emploie la lumière. Pour relier ces deux mondes, il faut un intermédiaire : un dispositif qui convertit les micro-ondes en photons optiques et vice versa, sans détruire la fragile information quantique.
Dans ces travaux, cet intermédiaire est un cristal lamellaire CrSBr. Sous l'effet des micro-ondes, des oscillations collectives des moments magnétiques — les magnons — apparaissent à l'intérieur. Ces oscillations influencent les excitations électroniques — les excitons — qui interagissent fortement avec la lumière. En conséquence, le faisceau laser réfléchi par le cristal se retrouve modulé : des bandes supplémentaires apparaissent à côté de la fréquence principale. L'amplification de cet effet près des résonances excitoniques a permis d'obtenir une conversion cohérente sans résonateurs complexes.
Cette approche promet une large bande de fréquences — environ 300 MHz — et une possibilité de mise à l'échelle. Les auteurs ont montré que plusieurs résonances exciton-polariton héritent du couplage magnonique, ce qui pourrait élargir la plage de réglage optique et réduire les pertes. C'est un pas vers des réseaux quantiques pratiques, où les qubits micro-ondes sont connectés via des canaux optiques.
CrSBr est un antiferromagnétique lamellaire dans lequel les moments magnétiques des couches adjacentes sont opposés, comme des aiguilles de boussoles pointant dans des directions différentes.