Quantum

Dialogue du 29 août 2023

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rédigé par un ou plusieurs chercheurs

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par Kosala Herath et Malin Premaratne

La demande de partage et de traitement rapides des données a déclenché une course à une plus grande bande passante dans les systèmes de communication sans fil. Ceci est décrit par la loi d'Edholm, qui stipule que la bande passante et les débits de données doublent environ tous les ans et demi. Alors que nos réseaux sans fil approchent de leurs limites, la quête de débits de données encore plus rapides incite les chercheurs à explorer des territoires inexplorés : des bandes de fréquences plus élevées comme les ondes millimétriques, le térahertz et les fréquences optiques.

Bien que la longueur d'onde millimétrique ait été adoptée dans les systèmes sans fil à courte portée, il en faudra davantage pour répondre aux demandes futures. La communication optique sans fil offre une bande passante élevée mais est confrontée à des défis en raison des réglementations de sécurité et des problèmes de bruit. La communication térahertz pourrait fournir des débits de données incroyablement rapides pour les applications quotidiennes, même celles à l'échelle d'une puce comme les microprocesseurs intégrés.

L'informatique moderne s'appuie fortement sur des processeurs multicœurs, des appareils miniatures contenant plusieurs unités de traitement. Dernièrement, les fabricants ont amélioré les performances en ajoutant davantage d'unités de traitement et en réduisant la taille des systèmes de puces. Cela a conduit à une augmentation significative du nombre de composants informatiques individuels dans un espace réduit, rendant les connexions entre eux plus complexes. Cependant, les méthodes conventionnelles de connexion de ces pièces sont inefficaces et peuvent ralentir le système.

Pour relever ce défi, une solution intéressante émerge : utiliser des méthodes de communication sans fil fonctionnant dans la gamme térahertz. Ces méthodes peuvent établir des connexions sans fil rapides et efficaces entre les différents composants du système. Cependant, la mise en œuvre efficace de ces technologies nécessite l’intégration de différents composants pour traiter les signaux au sein du récepteur du système. Cela implique les tâches cruciales de détection et de décodage des informations du signal transmis. De plus, l'alignement de l'antenne du récepteur avec la longueur d'onde spécifique du signal porteur térahertz présente une difficulté pour rendre le récepteur compact.

En conséquence, l’approche actuelle aboutit souvent à des récepteurs encombrants, lourds et peu fiables. Cette limitation a incité les chercheurs à se concentrer sur le développement de technologies de récepteurs innovantes qui sont non seulement petites et légères, mais qui consomment également moins d'énergie.

Notre équipe de recherche a dévoilé un cadre théorique complet : un détecteur et démodulateur de signaux térahertz à l’échelle quantique. Cette approche innovante exploite le comportement quantique des porteurs de charge lorsqu’ils sont exposés à une conduite périodique intense. Nos résultats ont été publiés dans la revue Physica Scripta.

Dans le domaine de la physique de la matière condensée, l’utilisation des interactions lumière-matière pour conduire les matériaux quantiques dans des états éloignés de l’équilibre est essentielle pour dévoiler de nouvelles phases quantiques qui restent inaccessibles dans des contextes d’équilibre. Parmi les méthodes couramment citées, l’ingénierie Floquet se démarque. Cette technique permet aux chercheurs d'explorer de nombreux nouveaux états quantiques qui émergent lorsqu'un système est soumis à un fort rayonnement périodique dans le temps [1, 2, 3].

Grâce à l'ingénierie Floquet, nous avons montré que la conductivité d'un puits quantique semi-conducteur bidimensionnel est liée linéairement à la fréquence du rayonnement appliqué dans une plage spécifique. Le fondement de nos découvertes réside dans la compréhension du fait que soumettre un semi-conducteur bidimensionnel à un entraînement périodique améliore sa conductivité électrique.