Les lasers sont aujourd'hui omniprésents, depuis les caisses de supermarchés jusqu'à votre lecteur de CD. Et certains chercheurs spécialisés s'en servent également pour tester les « qubits » (ou bits quantiques) des futurs ordinateurs quantiques. Pour la plupart des applications, les lasers d’aujourd'hui, peu efficaces, sont parfaitement adaptés, mais pas pour les systèmes quantiques de dimensions très réduites et fonctionnant à température extrêmement basse. Depuis près de 40 ans, les chercheurs tentent de développer des lasers micro-ondes fiables et efficaces qui ne perturbent pas les expériences quantiques fragiles et à ultra-basse température. Une équipe de chercheurs de l’université technologique de Delft, aux Pays-Bas, vient donc de développer une puce laser qui utilise l’effet Josephson. Le laser micro-ondes obtenu ouvre la voie à des applications où ses faibles pertes sont très recherchées, comme, par exemple, la possibilité de commander les qubits d’un ordinateur quantique évolutif.

Les lasers émettent de la lumière cohérente : la largeur de leur spectre de couleurs peut être réduite à sa plus simple expression. Ils contrôlent généralement un nombre élevé d'émetteurs (atomes, molécules ou porteurs de charges des semi-conducteurs), confinés dans une cavité d'oscillateur. Ces lasers classiques sont généralement peu efficaces et produisent beaucoup de chaleur. Les utiliser dans des applications à basse température, comme les technologies quantiques, relève du défi.

Les chercheurs ont donc construit une jonction Josephson unique dans une cavité d'oscillateur supraconductrice, miniaturisée à l'extrême. La jonction se comporte comme un atome unique et la micro-cavité comme une paire de miroirs pour micro-ondes. Ce qui permet d'obtenir un laser micro-ondes sur une puce. En refroidissant le semi-conducteur jusqu'à des températures ultrabasses (moins de 1 K, soit -272,15 °C), les chercheurs ont réussi à produire un faisceau cohérent en sortie de la cavité d'oscillateur. La puce laser est vraiment extrêmement efficace : un picowatt suffit pour produire un rayonnement.

Pour de plus amples détails sur les travaux des chercheurs, c’est ici.