Images plein cadre enregistrant la violation d'une inégalité de Bell en quatre images. (A) Les quatre images de comptage de coïncidences sont présentées, qui correspondent à des images du cercle de phase acquises avec les quatre filtres de phase avec des orientations différentes, 2 ={0° , 45° , 90° , 135°}, nécessaire pour effectuer le test de Bell. Barres d'échelle, 1 mm (dans le plan de l'objet). (B à E) Les graphiques de comptage de coïncidences en fonction de l'angle d'orientation 1 du pas de phase le long de l'objet sont présentés. Comme montré, ces résultats sont obtenus en dépliant les ROI représentées par des anneaux rouges et sont extraits des images présentées en (A). Les points bleus dans les graphiques sont les nombres de coïncidences par région angulaire dans les ROI, et les courbes rouges correspondent aux meilleurs ajustements des données expérimentales par une fonction cosinus carré. (B) à (E) correspondent à des orientations de filtre de phase θ2 de 0°, 45°, 90°, et 135°, respectivement. Crédit: Avancées scientifiques (2019). DOI :10.1126/sciadv.aaw2563
Pour la toute première fois, les physiciens ont réussi à prendre une photo d'une forme forte d'intrication quantique appelée enchevêtrement de Bell, capturant des preuves visuelles d'un phénomène insaisissable qu'un Albert Einstein déconcerté a appelé une « action effrayante à distance ».
Deux particules qui interagissent les unes avec les autres, comme deux photons traversant un séparateur de faisceau, par exemple, peut parfois rester connecté, partageant instantanément leurs états physiques quelle que soit la distance qui les sépare. Cette connexion est connue sous le nom d'intrication quantique, et il sous-tend le domaine de la mécanique quantique.
Einstein pensait que la mécanique quantique était « effrayante » en raison de l'instantanéité de l'interaction distante apparente entre deux particules intriquées, ce qui semblait incompatible avec des éléments de sa théorie de la relativité restreinte.
Plus tard, Sir John Bell a formalisé ce concept d'interaction non locale en décrivant une forte forme d'enchevêtrement présentant cette fantasmagorie. Aujourd'hui, tandis que l'intrication de Bell est exploitée dans des applications pratiques telles que l'informatique quantique et la cryptographie, il n'a jamais été capturé dans une seule image.
Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Avancées scientifiques , une équipe de physiciens de l'Université de Glasgow décrit comment ils ont rendu l'effroi d'Einstein visible dans une image pour la première fois.
Ils ont conçu un système qui tire un flux de photons enchevêtrés à partir d'une source de lumière quantique sur des «objets non conventionnels» - affichés sur des matériaux à cristaux liquides qui modifient la phase des photons lorsqu'ils les traversent.
Ils ont mis en place une caméra super sensible capable de détecter des photons uniques qui ne prendraient une image que lorsqu'elle apercevrait à la fois un photon et son « jumeau » enchevêtré, créant un enregistrement visible de l'intrication des photons.
Configuration d'imagerie pour effectuer un test d'inégalité de Bell dans les images. Un cristal BBO pompé par un laser ultraviolet est utilisé comme source de paires de photons intriqués. Les deux photons sont séparés sur un séparateur de faisceau (BS). Une caméra intensifiée déclenchée par un SPAD permet d'acquérir des images fantômes d'un objet en phase placé sur le trajet du premier photon et filtré non localement par quatre filtres spatiaux différents pouvant être affichés sur un SLM (SLM 2) placé dans l'autre bras. En étant déclenché par le SPAD, la caméra acquiert des images de coïncidence qui peuvent être utilisées pour effectuer un test de Bell. Crédit: Avancées scientifiques (2019). DOI :10.1126/sciadv.aaw2563
Le Dr Paul-Antoine Moreau de l'École de physique et d'astronomie de l'Université de Glasgow est l'auteur principal de l'article. Le Dr Moreau a déclaré :« L'image que nous avons réussi à capturer est une démonstration élégante d'une propriété fondamentale de la nature, vu pour la première fois sous la forme d'une image.
"C'est un résultat passionnant qui pourrait être utilisé pour faire avancer le domaine émergent de l'informatique quantique et conduire à de nouveaux types d'imagerie."
Le papier, intitulé 'Imaging Bell-type nonlocal behavior', est publié dans Avancées scientifiques .
