WEB Nano Saclay
27 septembre 2017
Vers un contrôle quantique des plasmons à l’aide de dispositifs nanostructurés
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Vers un contrôle quantique des plasmons à l’aide de dispositifs nanostructurés

Image de gauche : Plate-forme plasmonique nanostructurée, dédiée aux interférences quantiques de deux plasmons. Le composant est gravé dans un espace de 50 microns de côté. Au centre : le nombre de coïncidences sur les voies de sortie de la séparatrice chute lorsque les deux plasmons arrivent en même temps sur la séparatrice. C’est une interférence quantique que l’on observe avec les photons. A droite : la même expérience, mais en prenant une séparatrice à pertes dont les coefficients de réflexion et de transmission ne sont plus déphasés de 90°. Le nombre de coïncidences augmente cette fois à délai nul.

Depuis quelques années, les physiciens revisitent les expériences fondatrices de l’optique quantique en substituant aux photons d’autres particules aux comportements similaires. Les plasmons de surface, issus du couplage de la lumière avec les électrons libres à la surface d’un métal, sont intéressants à ce titre car ils permettent d’envisager la conception de circuits et de composants dédiés au calcul quantique à des échelles sub-longueurs d’onde. Des physiciens ont récemment reproduit une version plasmonique originale de l’expérience de Hong, Ou et Mandel, une des briques élémentaires des futurs dispositifs dédiés à l’information quantique. Cette expérience, qui illustre habituellement le phénomène de coalescence de particules identiques, montre ici un comportement d’anti-coalescence des plasmons de surface lorsque les paramètres de la séparatrice utilisée sont modifiés.

L’expérience réalisée repose sur un composant nanostructuré: une séparatrice plasmonique gravée dans de l’or et sur laquelle viennent se recombiner – et interférer – deux plasmons de surface uniques. L’or est un matériau à pertes, susceptible d’absorber les plasmons de surface et donc de modifier les interférences quantiques recherchées. Il a en particulier été théoriquement démontré que la présence de pertes rendait possible une modification de l’effet de coalescence de particules, là où des expériences réalisées dans des milieux sans perte n’en sont pas capables. Ainsi, à l’aide de deux composants au dimensionnement différent, deux phénomènes ont été observés: un effet de coalescence de plasmons, analogue à celui de l’optique quantique, puis son total opposé, un phénomène d’anticoalescence, suite auquel les plasmons de surface émergent préférentiellement séparément sur les deux voies de sortie de la séparatrice. Ce travail souligne la complémentarité des approches de la plasmonique quantique et de l’optique quantique dans la perspective de développer des systèmes hybrides dédiés à l’information quantique.

Référence: Anti-coalescence of bosons on a lossy beam splitter

B. Vest, M.-C. Dheur, É. Devaux, A. Baron, E. Rousseau, J.-P. Hugonin, J.-J. Greffet, G. Messin, F. Marquier
Science 356, 1373–1376 (2017)

Contact NanoSaclay: , Laboratoire Charles Fabry, Institut d’Optique, Palaiseau

Collaborations:
•    Institut de Science et d’Ingénierie Supramoléculaire, Université de Strasbourg
•    Centre de Recherche Paul Pascal, Pessac
•    Laboratoire Charles Coulomb, UMR CNRS-UM 5221, Université de Montpellier

 
#156 - Màj : 20/10/2017

 

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