
Les scientifiques du Laboratoire physique des solides (CNRS/Université Paris-Saclay) ont prouvé qu’il était possible de convertir efficacement un flot de photons micro-ondes en un flot d’électrons. Une conversion efficace rendue possible grâce à l’utilisation d’un circuit quantique à base d’aluminium granulaire et d’une jonction tunnel supraconductrice.
Une grande partie du traitement de l’information stockée dans des bits quantiques (qubits) utilise la mesure sensible de photons micro-ondes. Cependant, détecter ces photons de manière précise et à des taux élevés est un défi à cause de la très faible énergie en jeu, environ 100000 fois moins que les photons visibles ou infrarouges. Cette faible énergie rend l’effet photoélectrique usuellement utilisé très difficile à mettre en œuvre. Un défi que l’équipe NS2 du Laboratoire de Physique des Solides a relevé avec succès.
Le groupe de recherche a démontré qu’il était possible de réaliser un convertisseur efficace et continu de photons micro-ondes en électrons avec une grande efficacité quantique (83 %) et un faible courant d’obscurité (en l’absence de lumière). Ces propriétés uniques sont rendues possibles par l’utilisation d’un supraconducteur désordonné à haute inductance cinétique, l’aluminium granulaire, pour renforcer l’interaction lumière-matière et le couplage des photons micro-ondes aux processus tunnel d’électrons. En conséquence de ce fort couplage, les chercheurs ont pu observer à la fois des processus linéaires et non linéaires assistés par photons, où deux, trois et quatre photons sont convertis en un seul électron à des intensités lumineuses exceptionnellement faibles. Les prédictions théoriques, qui nécessitent la quantification du champ photonique, reproduisent bien les données expérimentales. Cette avancée expérimentale pose les bases d’une détection à haute efficacité des photons micro-ondes individuels à l’aide de techniques de détection basées sur la charge.
Des explications vulgarisées sont également disponibles en ligne ici : https://physics.aps.org/articles/v17/127
Contributeur.ices
Équipe NS2
Financements
LabEx PALM, ANR JCJC, DIM SIRTEQ
Références
Efficient Microwave Photon-to-Electron Conversion in a High-Impedance Quantum Circuit
Ognjen Stanisavljević, Jean-Côme Philippe, Julien Gabelli, Marco Aprili, Jérôme Estève, and Julien Basset
Phys. Rev. Lett. 133, 076302 (2024) Editor’s suggestion and Featured in Physics
doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.076302
Contacts
Julien Basset – julien.basset@universite-paris-saclay.fr