Les physiciens ont joué avec la « lumière quantique » pour la première fois, dans une percée massive : ScienceAlert

Pour la première fois, une équipe internationale de physiciens a réussi à manipuler un petit nombre de particules de lumière – appelées photons – qui entretiennent une relation étroite les unes avec les autres.

Cela peut sembler un peu vague, mais je suisC’est une percée fondamentale dans le domaine quantique qui pourrait mener à une technologie dont nous ne pouvons même pas rêver actuellement. Imaginez des lasers, mais avec une sensibilité quantique, pour l’imagerie médicale.

« Cela ouvre la porte à la manipulation de ce que nous pourrions appeler la » lumière quantique «  », dit le physicien Sahand Mahmoudian de l’Université de Sydney.

« Cette science fondamentale ouvre la voie à des avancées dans les techniques de mesure améliorées quantiques et l’informatique quantique photonique. »

Alors que les physiciens perfectionnent le contrôle des atomes quantiques intriqués, il est de plus en plus difficile d’atteindre le même objectif avec la lumière.

Dans cette nouvelle expérience, une équipe de l’Université de Sydney et de l’Université de Bâle en Suisse a tiré un seul photon et une paire de photons liés dans point quantique (atome artificiel) et peut mesurer directement le délai entre un seul photon et son photon associé.

« L’appareil que nous avons construit a provoqué des interactions si fortes entre les photons que nous avons pu observer la différence entre un photon interagissant avec lui et deux photons. » dit la physicienne Natasha TomCo-auteur principal, Université de Bâle.

« Nous avons remarqué qu’un photon était retardé pendant une période plus longue que deux photons. Avec cette forte interaction photon-photon, les deux photons s’enchevêtrent sous la forme d’un état dit de corrélation à deux photons. »

Ils ont mis en place cet état de liaison en utilisant émission induite – un phénomène décrit pour la première fois par Albert Einstein en 1916, qui forme la base des lasers modernes. (Fait amusant : laser signifie amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement.)

à l’intérieur du laser Un courant électrique ou une source de lumière est utilisé pour bruit d’électrons dans les atomes d’un matériau optique tel que le verre ou le cristal.

Cette excitation heurte des électrons en orbite dans le noyau de l’atome. Lorsqu’il revient à son état normal, il émet de l’énergie sous forme de photons. Ce sont des émissions « stimulées » et ce processus signifie que toutes les images résultantes ont des longueurs d’onde identiques, contrairement à la lumière blanche normale, qui est un mélange de différentes fréquences (couleurs).

Le miroir est ensuite utilisé pour faire rebondir les anciens et les nouveaux photons vers les atomes, pour déclencher la production de photons plus identiques.

Ces photons se déplacent à l’unisson, se déplacent à la même vitesse et dans la même direction, et s’accumulent jusqu’à ce qu’ils surmontent finalement les miroirs et le support optique et soient sans explosion dans un faisceau de lumière parfaitement synchronisé qui peut rester parfaitement focalisé sur de longues distances.

Tout se passe en quelques millisecondes lorsque vous appuyez sur le bouton de votre pointeur laser (merci, Einstein).

Ce type d’interaction fascinante entre la lumière et la matière est à la base de toutes sortes de technologies étonnantes, telles que le système de positionnement global (GPS), les ordinateurs, l’imagerie médicale et les réseaux de communication mondiaux. Même LIGO, l’observatoire laser des ondes gravitationnelles qui a détecté les ondes gravitationnelles pour la première fois en 2015, s’appuie sur les lasers.

Mais toute cette technologie nécessite encore un grand nombre de photons, ce qui limite sa sensibilité.

La nouvelle percée a maintenant atteint l’émission et la détection stimulées de photons uniques, ainsi que de petits groupes de photons d’un seul atome, ce qui les rend fortement corrélés – en d’autres termes, la « lumière quantique ». Et c’est un grand pas en avant.

« En démontrant notre capacité à identifier et à manipuler les états associés à un photon, nous avons fait un premier pas essentiel vers l’exploitation de la lumière quantique pour une utilisation pratique », Mahmoud dit.

prochaines étapes, elle a expliquéest d’utiliser l’approche pour générer des états de lumière qui pourraient améliorer les ordinateurs quantiques.

« Cette expérience est belle, non seulement parce qu’elle prouve un effet fondamental – les émissions catalytiques – à sa dernière frontière, mais elle représente également un énorme pas technologique vers des applications avancées », Tom ajoute.

« Nous pouvons appliquer les mêmes principes pour développer des dispositifs plus efficaces qui nous donnent des états liés aux photons. C’est très prometteur pour des applications dans un large éventail de domaines : de la biologie à la fabrication de pointe et au traitement de l’information quantique. »

Recherche publiée dans physique de la nature.