50 atomes de rubidium sur une puce : un convoyeur de photons uniques ✎ express
Un photon unique est comme une brique parfaitement régulière avec laquelle on peut construire des technologies quantiques. Mais pour construire une maison, il faut des milliers de briques identiques. Les atomes de rubidium sont des émetteurs nés : chaque atome émet des photons à une longueur d'onde strictement unique, comme un diapason qui produit toujours la même note. Le problème est de rassembler de nombreux atomes en un même endroit et de les faire fonctionner de manière coordonnée.
Les scientifiques ont utilisé des pinces optiques — des faisceaux laser qui maintiennent les atomes à des positions précises, comme des doigts tenant des petits pois. Cinquante atomes de rubidium ont été alignés avec un pas de 5 micromètres (10 fois plus fin qu'un cheveu humain). Ensuite, chaque atome a été relié à son propre guide de lumière — un fil de verre très fin par lequel le photon part vers un détecteur. Mais il n'est pas possible de connecter directement les atomes aux fibres : la distance entre les atomes est trop petite, et les connecteurs standard pour fibres exigent un pas de 127 micromètres. Une puce en verre avec un éventail de guides d'ondes — des canaux qui s'élargissent progressivement, comme le pavillon d'un instrument à vent, faisant passer d'un pas étroit à un pas large — vient à la rescousse.
Les vérifications ont montré que les photons sont bien uniques, et non en paquets. Les canaux voisins interfèrent à peine entre eux — seulement 0,4 % de la lumière n'atteint pas son détecteur. Si un atome est perdu, il peut être remplacé à partir d'un réservoir — des atomes de rechange flottant à proximité. En une seconde, 118 atomes peuvent être restaurés, de sorte que le réseau reste rempli à 93 %. Et une puce à 784 canaux a déjà été fabriquée — c'est comme l'esquisse d'un futur gratte-ciel où, au lieu de 50 fenêtres, il y en a près de 800.
Cette plateforme est un premier pas vers une usine de photons uniques. Un jour, des milliers de ces sources seront connectées en un internet quantique, où l'information est transmise non par des impulsions électriques, mais par des particules de lumière individuelles.
Le rubidium est un métal mou et argenté qui fond dans la main à 39 °C. Dans les horloges atomiques, il sert de balancier : les oscillations de ses électrons mesurent le temps avec une précision d'une seconde sur des millions d'années.
Dans la série « The Expanse », la communication quantique permet de transmettre des messages instantanément à travers le système solaire — peut-être sur la base de tels photons uniques.