Conférence "Des composants pour manipuler la lumière à l’échelle du photon unique"

Les principes et les applications de la mécanique quantique ont durablement modifié notre vie et sont au coeur de nombreux objets de notre quotidien : transistors, laser, GPS, etc. Si cette révolution technologique est loin d’être achevée, avec toujours plus de miniaturisation, une autre révolution technologique se prépare dans les laboratoires. En effet, tous ces composants n’exploitent pas encore les propriétés qui ont fasciné les fondateurs de la mécanique quantique au début du vingtième siècle, telle la cohérence quantique et l’intrication.

Les derniers progrès dans les nanotechnologies et nanosciences permettent aujourd’hui de fabriquer des composants miniatures qui bénéficient de ces propriétés de cohérence quantique et d’intrication. Les objectifs, et les promesses, ici sont variés : construire le calculateur quantique du futur, développer un réseau de communications où la confidentialité des informations serait garantie par les lois de la mécanique quantique, etc. La lumière joue un rôle essentiel dans le développement de ces nouvelles technologies, et l’enjeu est alors de générer et de manipuler des impulsions lumineuses qui ne contiennent qu’un seul photon. Je montrerai comment, en utilisant les techniques de l’optoélectronique, il est aujourd’hui possible de fabriquer des « atomes artificiels » appelés « boîtes quantiques » qui émettent des photons un par un.

En insérant ces atomes artificiels dans des résonateurs optiques, nous fabriquons des composants émettant des états de la lumière à un seul photon présentant une très grande cohérence quantique. Ces sources permettent pour la première fois de manipuler un grand nombre de bits d’information quantique. Les mêmes composants peuvent également être utilisés pour réaliser des portes logiques à deux-photons, en exploitant des non-linéarités optiques à l’échelle du photon unique.