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# Physique# Physique quantique# Optique

Progrès dans la technologie de transduction quantique

De nouveaux designs dans les transducteurs promettent un meilleur transfert d'infos quantiques.

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La transduction quantique, c'est le processus de transfert d'informations quantiques entre différents types de systèmes, comme les micro-ondes et la lumière optique. Cette technologie est importante parce qu'elle peut lier diverses formes d'informations quantiques, permettant une meilleure connectivité en informatique quantique et en communication.

Le Défi des Différents Types de Lumière

Les photons optiques et les photons micro-ondes sont tous les deux précieux dans la technologie quantique, mais ils ont des avantages différents. Les photons optiques peuvent voyager sur de longues distances et sont moins affectés par la température, tandis que les photons micro-ondes peuvent réaliser des opérations quantiques fiables. Pour tirer le meilleur parti des deux, les scientifiques travaillent sur des méthodes pour connecter ces deux systèmes.

Transducteurs Piezo-Optomécaniques

Une des façons prometteuses de connecter les photons optiques et les photons micro-ondes, c'est à travers des transducteurs piezo-optomécaniques. Ces dispositifs utilisent des oscillations mécaniques pour interagir avec les ondes lumineuses, permettant le transfert d'informations quantiques. Cependant, les conceptions traditionnelles rencontrent souvent des problèmes comme le Bruit en raison de leur fabrication, ce qui peut affecter leurs performances.

Une Nouvelle Approche de Design

Les chercheurs proposent maintenant un nouveau design pour les transducteurs piezo-optomécaniques qui évite ces problèmes courants. Ce design présente une structure qui ne repose pas sur la suspension de pièces mécaniques, ce qui peut souvent entraîner une accumulation de Chaleur et du bruit. À la place, ils utilisent une base stable qui améliore les performances thermiques, rendant plus facile le fonctionnement efficace du dispositif.

Le Rôle des Matériaux

Le nouveau design utilise une combinaison de silicium et de niobate de lithium sur une base en saphir. Cette combinaison est choisie pour ses excellentes propriétés de conduction thermique et son adéquation aux besoins optiques et micro-ondes. En agissant ainsi, le dispositif peut maintenir ses performances même à température ambiante.

Amélioration des Modes Mécaniques

Dans cette conception, les modes mécaniques sont soigneusement guidés sur la surface de la puce. Cela aide à créer une connexion solide entre les zones optique et micro-onde, ce qui est essentiel pour un transfert d'informations efficace. La structure est conçue pour garder l'énergie dans la bonne direction, minimisant ainsi les pertes potentielles.

Les Avantages d'un Design Sans Libération

L'avantage clé de cette approche sans libération, c'est sa capacité à gérer la chaleur plus efficacement. Les conceptions traditionnelles retiennent souvent la chaleur, rendant difficile le maintien de performances au fil du temps. En permettant à la chaleur de s'échapper dans le substrat, le nouveau design peut fonctionner avec une meilleure efficacité.

Réaliser de Fortes Connexions

Pour s'assurer que le nouveau dispositif fonctionne efficacement, les chercheurs se concentrent sur la réalisation de fortes interactions entre les ondes lumineuses et mécaniques. Cela implique d'ajuster soigneusement les propriétés des matériaux utilisés pour que les modes optiques et mécaniques puissent facilement communiquer.

Surmonter le Bruit

Un problème important auquel font face les transducteurs est le bruit généré par la chaleur indésirable. Le design proposé vise à réduire ce bruit en optimisant comment l'énergie est transférée à l'intérieur du dispositif. En veillant à ce que seules les parties nécessaires soient affectées par la chaleur, le transducteur peut fonctionner avec des niveaux d'interférence plus faibles.

Potentiel Futur

La mise en œuvre de ce nouveau design pourrait mener à des avancées significatives dans des domaines comme l'informatique quantique et la communication. En améliorant la façon dont les états quantiques sont transférés entre les systèmes, cela pourrait aider à repousser les limites de ce qui est actuellement possible dans ces domaines.

Conclusion

En résumé, le nouveau design pour les transducteurs piezo-optomécaniques représente un pas prometteur vers l'avant dans la technologie de transduction quantique. En s'attaquant aux défis du bruit et de la gestion de la chaleur, cette approche pourrait ouvrir la voie à un transfert d'informations quantiques plus efficace et efficace entre les systèmes micro-ondes et optiques. Ce travail met en lumière les efforts continus pour améliorer les technologies quantiques et leurs applications dans divers domaines.

Source originale

Titre: Design of a release-free piezo-optomechanical quantum transducer

Résumé: Quantum transduction between microwave and optical photons could combine the long-range connectivity provided by optical photons with the deterministic quantum operations of superconducting microwave qubits. A promising approach to quantum microwave-optics transduction uses an intermediary mechanical mode along with piezo-optomechanical interactions. So far, such transducers have been released from their underlying substrate to confine mechanical fields -- preventing proper thermal anchoring and creating a noise-efficiency trade-off resulting from optical absorption. Here, we introduce a release-free, i.e. non-suspended, piezo-optomechanical transducer intended to circumvent this noise-efficiency trade-off. We propose and design a silicon-on-sapphire (SOS) release-free transducer with appealing piezo- and optomechanical performance. Our proposal integrates release-free lithium niobate electromechanical crystals with silicon optomechanical crystals on a sapphire substrate meant to improve thermal anchoring along with microwave and mechanical coherence. It leverages high-wavevector mechanical modes firmly guided on the chip surface. Beyond quantum science and engineering, the proposed platform and design principles are attractive for low-power acousto-optic systems in integrated photonics.

Auteurs: Paul Burger, Joey Frey, Johan Kolvik, David Hambraeus, Raphaël Van Laer

Dernière mise à jour: Aug 27, 2024

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2408.15134

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2408.15134

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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