Les chercheurs bernois ont franchi une étape importante vers de nouvelles méthodes de mesure telles que la spectroscopie quantique. Dans une expérience, ils ont réussi à percer une partie du mystère entourant les soi-disant « photons intriqués » et à maîtriser finement les corrélations mesurées.

Les technologies quantiques promettent d'aller au-delà des capacités des technologies classiques actuelles en utilisant le phénomène quantique pur, telles que « particules enchevêtrées ». Les technologies quantiques sont utilisées dans diverses applications, par exemple dans les ordinateurs quantiques ou dans la détection et la métrologie quantiques, qui permet une imagerie avec une résolution plus élevée ou de déterminer plus précisément les propriétés des atomes et des molécules.

Particules enchevêtrées

L'intrication est l'un des phénomènes physiques quantiques les plus impressionnants. Il décrit la propriété de deux particules de ne pas se comporter comme deux objets indépendants, mais comme un seul objet physique. L'intrication ne doit pas être comprise spatialement :les particules intriquées sont corrélées les unes aux autres en termes de propriétés. Cela signifie que si vous modifiez les propriétés d'une particule, l'autre particule change en même temps, peu importe où il se trouve. Les particules de lumière (photons) peuvent être enchevêtrées en divisant une seule particule en deux photons dans un arrangement laser avec un cristal spécial. En optique, Les photons intriqués sont une composante majeure du développement de nouvelles méthodes de mesure quantique. Ils peuvent être utilisés car la capacité de mesure d'une paire de photons intriqués est plus grande que celle de deux photons individuels. Cependant, l'intrication quantique conduit à l'observation des relations entre les mesures au niveau des paires de photons, qui ne peut s'expliquer que par la mécanique quantique et non par les concepts de la physique classique.

Jusqu'à présent, il n'y avait aucune méthode pour produire des paires de photons qui ne montrent pas la mécanique quantique, mais seulement des corrélations énergétiques classiques. Dans une expérience, une équipe de recherche de l'Institut de physique appliquée de l'Université de Berne a maintenant réussi à transformer les corrélations observées de paires de photons de purement quantique à complètement classique. Cette transition représente une nouveauté, car les corrélations quantiques et classiques sont difficiles à concilier. Les chercheurs ont pu démontrer la transition dans une expérience avec une nouvelle méthode dans laquelle ils ont pu contrôler la corrélation des énergies de deux photons. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications Physique .

Secouer les photons

L'intrication des photons est ce qu'on appelle « l'intrication énergie-temps, " puisque les photons sont corrélés à la fois au niveau du temps d'émission et de l'énergie. Les deux corrélations peuvent être observées expérimentalement et permettent de tirer des conclusions l'une sur l'autre. Mais puisque les chercheurs ont voulu détecter uniquement les corrélations dans le temps des paires de photons, ils durent s'emparer de leur sac à malices :« Pour former de tels couples, nous avons secoué les photons au hasard, pour ainsi dire, " explique le Dr Stefan Lerch, auteur principal de l'étude. En faisant ça, les chercheurs ont induit une perturbation. "Plus on ajoutait de perturbation, moins les photons se comportaient de manière quantique."

Pour changer l'état quantique des photons, les chercheurs ont utilisé des techniques qui sont généralement appliquées pour la mise en forme d'impulsions laser ultracourtes. « Le savoir-faire, qui a été développé à l'Université de Berne dans le cadre du PRN MUST était essentiel pour obtenir le contrôle précis nécessaire, " note le co-auteur de l'étude, le professeur Dr André Stefanov.

L'application potentielle la plus prometteuse des photons intriqués énergie-temps est la spectroscopie, une méthode physique pour étudier les propriétés des molécules avec la lumière. "Je m'attends à ce que la spectroscopie de photons intriqués soit une nouvelle façon révolutionnaire d'effectuer la spectroscopie optique, " dit André Stefanov. Cela reste cependant à démontrer expérimentalement. Les découvertes des chercheurs bernois sont une étape importante dans cette voie. " Je suis convaincu qu'un tel dispositif sera une composante essentielle des futures expériences de spectroscopie quantique, " ajoute André Stefanov.