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[Actualité scientifique] - Générer de la lumière dans une superposition quantique de nombres de photons

[Actualité scientifique] - Générer de la lumière dans une superposition quantique de nombres de photons

par Stéphanie Rigault - publié le

Des physiciens du C2N ont démontré pour la première fois la génération directe de lumière dans un état qui est simultanément un seul photon, deux photons et aucun photon. Ils ont montré que les émetteurs de lumière utilisés depuis des décennies sont également capables de générer ces états quantiques, et ils s’attendent à ce que cela soit vrai pour tout type de système atomique.

La superposition quantique est une propriété de la physique quantique qui permet aux objets d’exister simultanément dans différents états. Un exemple théorique fameux en est le chat de Schrödinger qui peut être à la fois mort et vivant. Imaginons un objet qui tente de trouver la sortie d’un labyrinthe. Dans un monde classique, il essaiera tous les chemins, un par un, jusqu’à trouver finalement la sortie. Dans un monde quantique en revanche, la superposition permet à l’objet d’essayer simultanément tous les chemins différents, ce qui permet de trouver la sortie beaucoup plus rapidement. Pour la lumière, la superposition a été obtenue dans plusieurs de ses propriétés. Par exemple, dans sa polarisation, où le champ électromagnétique d’un photon unique oscille à la fois verticalement et horizontalement ; ou en trajet, lorsqu’un photon prend toutes les trajectoires possibles à l’intérieur d’interféromètres (versions photoniques d’un labyrinthe). La superposition a même été obtenue dans le temps, avec des photons existant simultanément à des moments antérieurs et postérieurs.

Cependant, la création de lumière dans un état qui correspond à la fois à un seul photon, deux photons, ou aucun photon, c’est-à-dire une superposition quantique à “nombre de photons”, est restée inatteignable. Quelques expériences complexes ont déjà permis d’obtenir ces états de superposition, mais cela n’avait jamais été réalisé à la demande, c’est-à-dire avec succès à chaque expérience. De plus, on ignorait que des émetteurs directs de ces états superposés existaient. Dans un travail publié dans le journal Nature Photonics en août 2019, les chercheurs du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies – C2N (CNRS / Université Paris-Saclay) et de l’Institut Néel (CNRS, Grenoble), ont démontré pour la première fois la génération directe de lumière dans une superposition quantique de nombres de photons.

© C2N / J.C. Loredo, C.Anton & al.

Voir en ligne : Lire l’article sur le site du C2N