Une équipe de physiciens du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et d’ailleurs a créé un nouveau type de matière photonique qui pourrait permettre le calcul quantique avec des particules de lumière.
Liang et al ont démontré que les photons peuvent être amenés à interagir. Crédit image : Christine Daniloff / MIT.
Les états liés des particules massives, telles que les noyaux, les atomes ou les molécules, constituent la majeure partie du monde visible qui nous entoure.
En revanche, les particules individuelles de lumière appelées photons n’interagissent généralement que faiblement.
Vladan Vuletic, professeur au MIT, et ses collègues viennent de démontrer qu’il est possible de faire interagir les photons – une réalisation qui pourrait ouvrir la voie à l’utilisation des photons dans l’informatique quantique, voire dans les sabres laser.
“Les photons peuvent se déplacer très rapidement sur de longues distances, et les gens ont utilisé la lumière pour transmettre des informations, comme dans les fibres optiques”, a déclaré le professeur Vuletic.
“Si les photons peuvent s’influencer mutuellement, alors si vous pouvez enchevêtrer ces photons, et nous l’avons fait, vous pouvez les utiliser pour distribuer des informations quantiques d’une manière intéressante et utile.”
Dans un article publié dans le journal Scienceles chercheurs rapportent qu’ils ont observé des groupes de trois photons interagissant et, en fait, se collant ensemble pour former un tout nouveau type de matière photonique.
Lors d’expériences contrôlées, ils ont constaté que lorsqu’ils envoyaient un faisceau laser très faible à travers un nuage dense d’atomes de rubidium ultrafroids, au lieu de sortir du nuage sous forme de photons uniques et espacés de façon aléatoire, les photons se liaient par paires ou par triplets, ce qui suggère qu’une sorte d’interaction – dans ce cas, une attraction – a lieu entre eux.
Alors que les photons n’ont normalement aucune masse et voyagent à 300 000 km par seconde, les chercheurs ont constaté que les photons liés acquéraient en fait une fraction de la masse d’un électron.
Ces particules de lumière nouvellement alourdies étaient également relativement lentes, voyageant environ 100 000 fois plus lentement que les photons normaux sans interaction.
“Nos résultats démontrent que les photons peuvent effectivement s’attirer, ou s’emmêler les uns les autres”, a déclaré le professeur Vuletic.
“S’ils peuvent être amenés à interagir d’autres manières, les photons pourraient être exploités pour effectuer des calculs quantiques extrêmement rapides et incroyablement complexes.”
“L’interaction des photons individuels a été un très long rêve pendant des décennies”, a-t-il ajouté.
À l’avenir, les auteurs chercheront des moyens de contraindre d’autres interactions telles que la répulsion, où les photons peuvent se disperser les uns sur les autres comme des boules de billard.
“C’est complètement nouveau dans le sens où nous ne savons même pas parfois qualitativement à quoi nous attendre”, a déclaré le professeur.
“Avec la répulsion des photons, peuvent-ils être tels qu’ils forment un motif régulier, comme un cristal de lumière ? Ou bien quelque chose d’autre se produira-t-il ? C’est un territoire très inexploré.”
