L’équipe de recherche de l’École d’ingénierie de l’Université Cornell a réussi à développer une puce optique programmable capable de convertir dynamiquement la couleur de la lumière grâce à la technologie de fusion de photons, sans nécessiter de matériel dédié pour différentes longueurs d’onde. Ces résultats, publiés dans la revue Nature, ont été dirigés par l’équipe du professeur Peter McMahon, avec Ryotatsu Yanagimoto comme premier auteur et Benjamin Ash, deuxième auteur, profondément impliqué dans la fabrication et les tests de l’appareil.

Dans les dispositifs optiques linéaires traditionnels, les fréquences des photons sont fixes et n’interagissent pas, mais dans le domaine de l’optique non linéaire exploré par l’équipe de McMahon, les photons peuvent modifier leur fréquence par interaction. Par exemple, deux photons à faible énergie peuvent fusionner en un photon à haute énergie, et vice versa. L’équipe a innové en combinant deux technologies : premièrement, l’utilisation d’une sonde à haute tension pour appliquer un champ électrique intense dans le matériau de la puce, dépassant les limites conventionnelles de conversion de fréquence ; deuxièmement, l’adaptation d’une méthode de programmation de distribution de champ électrique développée il y a 20 ans pour manipuler les cellules biologiques, permettant une reconfiguration dynamique des trajectoires des photons. McMahon explique : « En contrôlant les caractéristiques non linéaires locales du matériau, nous pouvons ajuster précisément la couleur de la lumière de sortie. »

Le cœur de la puce est une plaque de cristal plane, où les photons ne peuvent se propager qu’horizontalement. Après avoir émis un laser dans le « guide d’onde plan », les chercheurs peuvent contrôler de manière flexible la combinaison de photons de différentes couleurs pour générer la lumière de la longueur d’onde cible. L’équipe a fabriqué l’appareil au Cornell NanoScale Science and Technology Facility, avec Benjamin Ash supervisant l’ensemble du processus, de la conception aux tests. McMahon souligne que, bien que l’appareil soit actuellement en phase de validation de principe, son potentiel d’efficacité de conversion élevée ouvre de nouvelles perspectives pour le domaine de l’optique non linéaire programmable.

Dans les réseaux de communication classiques, cette puce peut servir de « convertisseur de longueur d’onde » aux extrémités des fibres optiques, ajustant dynamiquement la couleur des signaux lumineux pour optimiser la transmission d’informations. Dans les réseaux quantiques, ses caractéristiques intégrées pourraient unifier les longueurs d’onde de différents qubits, simplifiant l’interconnexion des systèmes quantiques.