Une équipe de chercheurs de l’Université d’East Anglia (UEA), au Royaume-Uni, a découvert un nouveau mécanisme impliqué dans la génération de photons appariés.
Dans cette illustration, un photon (violet) transporte un million de fois l’énergie d’un autre (jaune). Crédit photo : NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet.
L’équipe, dirigée par le professeur David Andrews de l’UEA, a montré que lorsque les photons sont créés par paires, ils peuvent émerger d’un endroit différent, et non du même.
Ces résultats pourraient avoir des implications importantes pour la physique quantique, la base théorique de la physique moderne.
Jusqu’à présent, l’hypothèse générale était que ces paires de photons provenaient nécessairement de points uniques dans l’espace.
L’intrication quantique – lorsque des particules sont liées si étroitement que ce qui affecte l’une affecte directement l’autre – est largement utilisée en laboratoire dans de nombreux processus allant de la cryptographie quantique à la téléportation quantique.
Le professeur Andrews et ses collègues étudiaient un processus appelé SPDC (spontaneous parametric down-conversion), dans lequel des faisceaux de photons passent à travers un cristal pour générer des paires de photons intriqués.
“À un niveau fondamental, ce processus implique la conversion de photons de pompe en paires conascentes, à phase adaptée, exécutée par des interactions matérielles qui impliquent la susceptibilité optique non linéaire du second ordre : une réponse de dipôle électrique du troisième ordre”, expliquent-ils.
“Chaque paire de photons générée a une énergie et un moment combinés égaux à ceux du photon annihilé correspondant, et ils présentent également une polarisation corrélée.”
“Lorsque les photons émergents partagent également l’énergie de l’entrée, le processus est connu sous le nom de conversion descendante dégénérée (DDC).”
“Jusqu’à présent, on a supposé que ces photons appariés provenaient du même endroit”, a déclaré le professeur Andrews.
“Maintenant, l’identification d’un nouveau mécanisme délocalisé montre que chaque paire de photons peut être émise à partir de points spatialement séparés, introduisant une nouvelle incertitude positionnelle d’origine quantique fondamentale.”
L’intrication des états quantiques dans chaque paire a des applications importantes dans l’informatique quantique – des systèmes de calcul théorique qui pourraient potentiellement traiter des problèmes de grosses données à des vitesses incroyables – ainsi que dans d’autres domaines de la physique quantique.
Les résultats de l’équipe sont également importants car ils imposent des limites à la résolution spatiale.
“Tout a un certain flou quantique, et les photons ne sont pas les petites balles de lumière dures que l’on imagine généralement”, a déclaré le professeur Andrews.
La recherche a été publiée en ligne dans le journal Physical Review Letters.
