Intrication quantique, l'une des caractéristiques les plus intrigantes des systèmes quantiques multiparticulaires, est devenu un élément fondamental du traitement de l'information quantique et du calcul quantique. Si deux particules sont enchevêtrées, peu importe à quelle distance ils sont séparés, la mécanique quantique prédit que la mesure d'une particule conduit à l'effondrement instantané de la fonction d'onde de l'autre particule.

Une telle "action effrayante à distance" n'est pas intuitive, et en 1935, Einstein a tenté d'utiliser l'intrication pour critiquer la mécanique quantique et suggérer que la description quantique de la réalité physique est incomplète. Einstein croyait qu'aucune information ne pouvait voyager plus vite que la lumière, et a suggéré qu'il pourrait y avoir des théories de variables cachées locales qui pourraient expliquer le monde d'une manière déterministe, si et seulement si elles obéissent au réalisme et à la localité. En 1964, J. S. Bell a montré que le débat peut être résolu expérimentalement en testant une inégalité; en mesurant les corrélations entre les parties intriquées, le résultat calculé à partir des théories des variables cachées locales doit être contraint par l'inégalité de Bell, lequel, d'autre part, peut être violé dans les prédictions de la mécanique quantique.

En réduisant considérablement la vitesse de la lumière, des chercheurs de l'Université des sciences et de la technologie de Hong Kong ont mis en œuvre un test de Bell et ont pu générer des biphotons à bande étroite intriqués à partir d'un mélange spontané à quatre ondes (SFWM) dans des atomes froids avec une configuration à double trajet, où la différence de phase entre les deux chemins spatiaux peut être contrôlée indépendamment et non localement.

Leurs conclusions ont été publiées dans la revue Optique le 15 avril, 2017.

"Nous avons testé l'inégalité CHSH Bell et enregistré |S|=2,52±0,48|S|=2,52±0,48, qui viole l'inégalité de Bell |S|≤2, " dit Shengwang Du, professeur de physique à HKUST et chef de l'équipe de recherche. « Nous avons démontré sans ambiguïté la génération de biphotons à bande étroite intriqués (environ 1 MHz) en fréquence, qui peut interagir efficacement avec des nœuds quantiques atomiques stationnaires dans un réseau quantique atome-photon. En raison de leur bande passante étroite, ces biphotons peuvent être stockés et récupérés à partir d'une mémoire quantique avec une grande efficacité."

"Notre résultat, pour la première fois, teste l'inégalité de Bell dans une corrélation temporelle non locale de biphotons à bande étroite intriqués par tranche de fréquence avec détection résolue en temps, " dit Xianxin Guo, un co-auteur de l'article. "Cela aura des applications dans le traitement de l'information quantique impliquant l'intrication temps-fréquence."

L'étude a révélé des détails temporels qui concordent bien avec les calculs théoriques basés sur la mécanique quantique, et implique la possibilité de coder et de décoder des informations qubit dans le domaine temporel.

« Notre source de biphotons enchevêtrés à bande de fréquence étroite dans ce travail peut être idéalement mise en œuvre pour produire des photons uniques purs annoncés dans un état qubit bicolore avec une phase accordable, utiliser l'enchevêtrement, optique linéaire, et détection résolue en temps, " a déclaré Guo.