Etats quantiques améliorés pour des nanoparticules de terres rares
Les technologies quantiques optiques nous promettent des ordinateurs super puissants ou des communications ultra cryptées. Cependant, leur succès dépend de l’optimisation de matériaux bien particuliers. Des chercheurs de l’Institut de recherche de Chimie Paris (CNRS/Université PSL/ Chimie ParisTech) ont ainsi mis au point une stratégie de synthèse qui, combinée à des traitements thermiques et physico-chimiques bien précis, produit des nanoparticules de terres rares de grande qualité et présentant des durées de vie des états quantiques fortement améliorées. Cette étude, publiée dans la revue ACSNano, montre que la qualité des nanoparticules dépend d’un savant contrôle des défauts cristallins.
L’utilisation des propriétés optiques quantiques des matériaux dans des domaines tels que le calcul quantique ou les communications quantiques est une véritable révolution technologique. Le dopage de cristaux par des ions de certains métaux connus sous le nom de terres rares permet de créer des matériaux aux propriétés quantiques optiques très prometteuses, notamment pour la transmission de l’information quantique par voie optique ainsi que son stockage sur des temps records. La production de tels cristaux à l’échelle nanométrique est possible1 et permettrait de créer des dispositifs quantiques miniaturisés très recherchés. Malheureusement, cette miniaturisation s’accompagne souvent d’une perte de qualité des propriétés, notamment la durée de vie des états quantiques. Des chercheurs de l’Institut de recherche de chimie Paris (CNRS/Université PSL/Chimie ParisTech) ont mis au point une stratégie qui permet de fortement améliorer ces propriétés pour des nanoparticules dopées aux ions de terres rares. Leur stratégie comprend la synthèse chimique de nanocristaux d’oxyde d’yttrium dopés à l’europium suivie d’un traitement thermique à haute température et sous plasma d’oxygène. On obtient ainsi des nanocristaux d’une grande perfection avec temps de vie des états quantiques jusque 5 fois supérieurs à ceux obtenus jusqu’ici pour les nanoparticules de terres rares. Ces nanoparticules présentent un grand intérêt dans des applications comme les mémoires quantiques à ions uniques, les processeurs quantiques ou les sources de photons uniques. Ce travail met aussi en évidence l’impact des défauts cristallins sur les propriétés des nanocristaux et les progrès que le savant contrôle de ces défauts pourrait engendrer.
Ces résultats ont été obtenus dans le cadre du projet européen FET-Open NanOQTech.
Référence
S. Liu, A. Fossati, D. Serrano, A. Tallaire, A. Ferrier et P. Goldner
Defect Engineering for Quantum Grade Nanocrystals
ACS Nano – Juillet 2020
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