La fibre optique ordinaire n'est pas qu'un simple fil de verre pour Internet. Dans les réseaux quantiques, elle pourrait devenir un canal pour transmettre cette connexion insaisissable entre particules qu'on appelle intrication. Mais pour la créer, il faut une source de paires de photons nés dans un même événement et corrélés en polarisation. Les auteurs de ce nouveau travail ont placé un film cristallin de disulfure de molybdène (3R-MoS₂) directement entre deux connecteurs de fibre optique standard. Lorsqu'on envoie un faisceau laser de pompe dans cette structure, le film produit une diffusion paramétrique spontanée : un photon de pompe se décompose en deux photons intriqués d'énergie plus faible, qui partent immédiatement dans la fibre.
L'astuce principale réside dans la symétrie du cristal. Le 3R-MoS₂ possède des directions privilégiées le long desquelles naissent des paires avec une polarisation déterminée. En modifiant la polarisation du laser de pompe, on peut basculer entre différents états quantiques de la paire. On obtient ainsi deux des quatre états de Bell maximalement intriqués, ainsi que des paires dont les polarisations sont complètement alignées. Cela rappelle le réglage d'un récepteur radio : au lieu de tourner le bouton de fréquence, l'expérimentateur fait pivoter la polarisation de la pompe — et le « canal » d'intrication souhaité apparaît en sortie.
Auparavant, un tel réglage nécessitait des montages encombrants avec des lentilles supplémentaires, des cristaux et un alignement précis. Ici, toute la source tient dans un connecteur de fibre optique standard. C'est un pas important vers une communication quantique aussi compacte et pratique que les modules laser habituels.
Le disulfure de molybdène est un matériau en couches, semblable au graphite : on peut le cliver en films d'un atome d'épaisseur. C'est sous cette forme si fine qu'il manifeste des propriétés optiques inhabituelles, notamment une génération efficace de paires de photons.