Au cours des dernières décennies, les progrès dans l’utilisation de la lumière à des fins scientifiques et industrielles ont été rapides, créant un marché énorme pour des technologies clé en main fiables de génération et de manipulation de la lumière. Parmi celles-ci, la fabrication de sources lumineuses compactes intégrées sur puce, capables de convertir un laser d’une seule couleur en plusieurs couleurs, est particulièrement importante pour la construction d’ordinateurs quantiques et la réalisation de mesures de précision.

Le 6 novembre 2025, des chercheurs du JQI ont publié dans Science les résultats de la conception et des tests d’une nouvelle puce capable de convertir de manière fiable une couleur de lumière en trois teintes différentes, sans entrée active ni optimisation complexe – une amélioration significative par rapport aux méthodes précédentes. Ces puces photoniques sont des dispositifs capables de contrôler des photons individuels : séparer, router, amplifier et faire interférer des flux de photons.

La fabrication de telles puces présente de nombreux défis. La génération de nouvelles fréquences nécessite des interactions non linéaires spécifiques, généralement faibles. De plus, la conception des puces photoniques doit satisfaire des conditions de correspondance de phase-fréquence, c’est-à-dire que les résonateurs non linéaires doivent supporter simultanément la fréquence initiale et les fréquences harmoniques, avec des photons circulant à la même vitesse dans le résonateur. Or, les différences nanométriques entre puces peuvent détruire ces paramètres délicats, rendant la conception difficilement reproductible à grande échelle.

Dans cette nouvelle étude, Xu, Mehrabad et leurs collègues ont découvert que les réseaux de résonateurs précédemment utilisés augmentent de manière passive la probabilité de satisfaire les conditions de correspondance phase-fréquence. Ils ont testé six puces différentes fabriquées sur la même plaquette en y injectant un laser de fréquence standard de 190 THz ; chaque puce a produit les harmoniques deuxième, troisième et quatrième, correspondant à la lumière rouge, verte et bleue. En comparaison, trois dispositifs à anneau unique, même équipés de microchauffages pour compensation active, n’ont produit qu’une deuxième harmonique dans un seul cas et sur une plage étroite. En revanche, les réseaux de résonateurs à double échelle temporelle fonctionnent sans compensation active sur une plage relativement large de fréquences d’entrée.