Responsable :
Luca Razzari
Établissement :
Institut national de la recherche scientifique (INRS)
Année de concours :
2020-2021
Table des matières
1. Résumé du projet
Ce projet de recherche vise le développement de nouvelles sources de photons enchevêtrés (c.à.d. partageant le même état quantique) à bande ultra-large, exploitant les propriétés uniques des métasurfaces diélectriques. Ces sources peuvent trouver des applications dans divers domaines comme l’imagerie, la microscopie, la lithographie, la spectroscopie, ainsi que dans l’informatique et les communications optiques, où la corrélation quantique entre les paires de photons garantit des avantages uniques. L’étude pluridisciplinaire proposée permettra aux membres de l’INRS-EMT, en collaboration avec leur partenaire international (Molecular Foundry, Berkeley, CA), l’exploration de dispositifs évolutifs possédant des capacités sans précédent. À ce jour, certains des procédés les plus exploités de génération de paires de photons reposent sur des processus optiques non linéaires dans des cristaux massifs. De cette manière, il en résulte généralement un flux de photons (i.e. nombre de paires de photons par seconde) extrêmement faible, limitant ainsi les applications. L’élément clé dans la réalisation d’un flux de photons élevé tout en conservant des propriétés de lumière non classiques est de générer les paires enchevêtrées avec une bande aussi large que possible, car deux photons sont corrélés dans une échelle de temps inversement proportionnelle à leur bande. Les photons enchevêtrés à large bande peuvent être générés dans des cristaux non linéaires extrêmement minces, mais aux dépens d’une faible efficacité de conversion (c’est-à-dire un faible flux de photons). Dans ce projet, nous allons surmonter ces limites en exploitant les phénomènes non linéaires dans des méta-surfaces composées de réseaux de nanostructures diélectriques. La forte amélioration du champ associée aux nanostructures résonnantes peut stimuler la réponse non linéaire locale de plusieurs ordres de grandeur sur une très large bande spectrale. Nous exploiterons ces propriétés uniques pour réaliser une nouvelle génération de sources de photons enchevêtrés à ultra-large bande, garantissant ainsi une augmentation du flux de photons tout en maintenant un comportement non classique. Ces sources offriront également un nouveau degré de liberté dans la génération de lumière quantique, c’est-à-dire la possibilité d’adapter totalement l’émission de photons via la manipulation du front d’onde.
Au cours des trois prochaines années, nos activités seront axées sur trois objectifs majeurs :
- La conception et la fabrication ;
- L’étude linéaire et non linéaire ;
- La caractérisation des états quantiques de ces dispositifs.
Ce projet pourrait avoir un impact exceptionnel pour les études fondamentales et appliquées, y compris pour la compréhension de la génération de photons dans des nanovolumes. En outre, les nouvelles connaissances développées ainsi que la formation associée de personnel hautement qualifié contribueront à placer le Québec comme un acteur majeur dans le développement des technologies quantiques miniaturisées.