Des commutateurs composés d'atomes révolutionnent l'avenir de l'informatique !

Imaginez un interrupteur, de la taille de quelques atomes seulement, qui libère des photons un à un. Ces interrupteurs quantiques, ou émetteurs, sont des éléments fondamentaux des technologies futures : ordinateurs quantiques, réseaux de communication sécurisés et capteurs ultrasensibles.

Depuis des années, les scientifiques tentent de comprendre et de maîtriser ces phénomènes. Mais de nouvelles recherches menées par des experts américains ont démontré comment identifier et concevoir des sources de photons uniques dans des matériaux ultra-minces avec une précision atomique.

Ces émetteurs génèrent des photons uniques à la demande, une capacité essentielle pour la maîtrise totale de la lumière et de l'information. Le problème a toujours résidé dans l'extrême petitesse et la difficulté d'observation des défauts atomiques qu'ils induisent. Jianguo Wen, du Laboratoire national d'Argonne, explique : « Le comportement optique des émetteurs quantiques est déterminé par leur structure atomique, très difficile à observer directement. »

Les chercheurs se sont concentrés sur le nitrure de bore hexagonal, un cristal d'une épaisseur de seulement quelques atomes. À l'aide de l'instrument QuEEN-M, ils ont combiné l'imagerie à l'échelle atomique avec la spectroscopie de cathodoluminescence, ce qui leur a permis de corréler directement l'émission de lumière à des défauts spécifiques.

Ils ont également découvert que la torsion de la couche de nitrure de bore selon des angles spécifiques crée des « interfaces torsadées » qui amplifient le signal jusqu'à 120 fois. Ceci a permis de localiser les émetteurs avec une précision inférieure à 10 nanomètres. Une découverte clé a été celle de l'émetteur bleu, qui s'est révélé être un dimère de carbone, soit deux atomes de carbone dans un cristal.

Thomas Gage a ajouté : « En reliant la structure atomique à la lumière, nous avons ouvert la voie à la fabrication précise d'émetteurs quantiques à la demande. »

Cela marque un passage de la découverte à la conception. Des sources de photons uniques positionnées avec précision sont essentielles à la construction de dispositifs quantiques évolutifs capables de traiter les données plus rapidement, de les transmettre de manière sécurisée et d'amplifier les signaux avec une perte minimale.

Malgré les progrès réalisés, la méthode nécessite des microscopes très spécialisés, ce qui limite la production de masse. Les recherches futures porteront sur une plus grande facilité de mise à l'échelle et sur la compréhension de l'influence des différentes structures atomiques sur les photons.