Des scientifiques de l'Institute for Quantum Computing (IQC) de l'Université de Waterloo ont capturé les premières images de photons ultrarapides qui sont enchevêtrés énergie-temps. La nouvelle technique aura des applications directes pour la cryptographie quantique et les protocoles de communication, y compris la possibilité d'établir des canaux de communication hautement sécurisés sur de longues distances.

"Cette technique va nous permettre d'explorer toutes sortes d'effets quantiques qui étaient inaccessibles parce que les détecteurs étaient tout simplement trop lents, " a déclaré Jean-Philippe MacLean, auteur principal de l'étude et doctorant au Département de physique et d'astronomie de la Faculté des sciences.

Pour capturer l'un des événements quantiques les plus courts possibles, les chercheurs ont utilisé une technique connue sous le nom de gating optique. Semblable à la façon dont Harold Edgerton a utilisé des lumières stroboscopiques à grande vitesse pour capturer certaines des images les plus emblématiques du 20e siècle, l'appareil utilise de courtes impulsions lumineuses pour imager les photons dans le temps. Cette technique a permis aux chercheurs de dépasser les limites des détecteurs actuels et de mesurer des paires de photons intriqués avec une résolution inférieure à un milliardième de seconde.

« Au cours des 10 à 20 dernières années, les chercheurs se sont intéressés à l'exploration et à l'exploitation de l'intrication énergie-temps pour la communication, " a déclaré MacLean. " En étant capable de mesurer des photons intriqués ultrarapides, notre technique de mesure ouvre la porte à l'exploitation de l'enchevêtrement dans un tout nouveau régime."

L'intrication énergie-temps est une caractéristique de la lumière quantique. Cela se produit lorsqu'une paire de photons est fortement corrélée à la fois dans leur fréquence et leur heure d'arrivée. Les scientifiques se sont intéressés à l'exploitation de l'intrication énergie-temps pour l'information quantique, mais jusqu'à maintenant, il leur manquait la résolution en énergie et en temps pour l'observer directement.

Le nouvel appareil apporte au monde quantique un outil fréquemment utilisé dans la recherche en optique classique. En optique classique, la capacité de mesurer avec précision les caractéristiques énergétiques et temporelles de la lumière sur des échelles de temps ultrarapides a été essentielle aux innovations en physique laser et en spectroscopie.

"L'ultrarapide et le quantique représentent deux frontières de la science optique, " a déclaré Kevin Resch, directeur général par intérim à l'IQC et professeur au Département de physique et d'astronomie de la Faculté des sciences. "Apporter des techniques d'un de ces domaines à l'autre ouvre des possibilités passionnantes."

L'article est publié en Lettres d'examen physique .