Pour optimiser une
mémoire quantique qui permet de stocker l'information portée par la lumière, il est particulièrement intéressant d'utiliser des matériaux dans lesquels des états quantiques optiques de longue durée de vie peuvent être observés. C'est le cas pour certains cristaux dopés par des ions de
terres rares qui peuvent stocker l'information quantique
optique, et ainsi permettre de la propager rapidement et sur de très grandes distances, puisqu'elle est sous forme optique. Cependant, l'information n'est pas toujours portée par la
lumière: certains circuits supraconducteurs fonctionnent par exemple dans un régime micro-ondes. Pour pouvoir faire circuler cette information rapidement et sur de longues distances, il est nécessaire de convertir, au niveau quantique, ces signaux micro-ondes en signaux optiques.
Cristaux d'orthosilicate d'yttrium dopes terres rares et schéma d'un montage permettant les études optiques et micro-ondes.
© Sacha Welinski.
C'est dans ce contexte qu'une équipe de l'
Institut de
recherche de
chimie Paris (CNRS/Chimie ParisTech/PSL Université), en collaboration avec des équipes américaine (Université du Montana), canadienne (Université de Calgary) et néo-zélandaises (Université de Canterbury et d'Otago), s'est intéressée à de nouvelles interfaces optique /
micro-onde. Pour cela, les scientifiques ont utilisé un
cristal d'orthosilicate d'yttrium (Y2SiO5) dopé par des ions Er3+, déjà utilisés dans le domaine des
télécommunications par
fibre optique, et connus pour être susceptibles d'interagir avec des micro-ondes. Des mesures de spectroscopie optique et magnétique à très haute résolution montrent que cette
combinaison peut induire une conversion très efficace micro-onde / optique.
Ces résultats ainsi que des calculs menés sur les niveaux d'énergie des ions Er3+ ouvrent la voie à de nouveaux développements dans les technologies quantiques utilisant ce type de
matériaux, aussi bien dans le domaine optique que micro-onde.
Références
S. Welinski, P. J. T. Woodburn, N. Lauk, R. L. Cone, C. Simon, P. Goldner, and C. W. Thiel.
"Electron Spin Coherence in Optically Excited States of Rare-Earth Ions for Microwave to Optical Quantum Transducers"
Physical Review Letters 122, 247401 (2019)
DOI:
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.247401
S. P. Horvath, J. V. Rakonjac, Y.-H. Chen, J. J. Longdell, P. Goldner, J.-P. R. Wells, and M. F. Reid,
"A comprehensive understanding of ground and optically-excited hyperfine structure of 167Er3+:Y2SiO5"
Physical Review Letters à paraître.
https://arxiv.org/abs/1809.01058