Ce qui rend cette recherche unique, c'est l'utilisation de la couleur, ou l'énergie des photons, pour créer un état W intriqué par l'énergie. Crédit :Université de l'Illinois Grainger College of Engineering
Des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ont construit un état de mécanique quantique dans lequel les couleurs de trois photons sont entremêlées. L'état est une combinaison spéciale, appelé état W, qui conserve un certain enchevêtrement même si l'un des trois photons est perdu, ce qui le rend utile pour la communication quantique. De tels états intriqués permettent également de nouvelles applications quantiques et des tests de physique fondamentale.
La particularité de ce travail est que les chercheurs ont utilisé la couleur, ou l'énergie des photons, comme degré de liberté d'intrication, alors que les travaux précédents utilisaient la polarisation. L'énergie d'un photon ne peut pas être facilement modifiée, ce qui réduit la possibilité d'erreurs lorsque l'état W intriqué en énergie se propage sur une longue distance. L'état a été vérifié pour la première fois en mesurant les informations sur les sous-systèmes à deux photons. Leurs conclusions sont publiées dans Lettres d'examen physique .
"Les gens ont déjà créé des états W enchevêtrés de polarisation, " a noté Bin Fang, l'étudiant diplômé sur le projet. "Toutefois, il s'agit du premier état W à énergie intriquée discrète et du premier état intriqué à trois photons créé dans la fibre optique."
Pour créer l'état, les chercheurs font briller un laser dans une fibre de verre. Grâce à un processus appelé mélange spontané à quatre ondes, quatre photons laser interagissent avec la fibre et sont annihilés pour créer deux paires de photons de couleurs différentes (par exemple, deux paires de photons rouges et verts). Ces quatre photons sont utilisés pour construire l'état W à 3 photons. L'un d'eux est détecté comme étant vert, laissant les trois autres enchevêtrés dans un état W, qui est composé de toutes les itérations possibles de deux photons rouges et d'un photon vert à la fois.
Les chercheurs de ce projet sont l'étudiant diplômé Bin Fang et la chercheuse principale Virginia Lorenz, professeur agrégé de physique Crédit :Université de l'Illinois Grainger College of Engineering
L'illustration qu'utilisent les chercheurs est celle des feux tricolores.
"Comme trois feux tricolores qui signalent toujours deux arrêts et un départ, les couleurs des photons finissent toujours par être deux rouges et un vert, mais la combinaison spécifique n'est pas établie jusqu'à ce que nous fassions une mesure - une caractéristique de la nature mécanique quantique des photons, " dit Virginie Lorenz, professeur agrégé de physique et chercheur principal.
Par rapport à d'autres types d'intrication à trois particules, l'état W est utile pour la communication quantique en ce que, si l'un des photons est perdu, les deux autres conservent un certain enchevêtrement, ce qui signifie que la communication peut continuer.
"Un autre aspect nouveau de cette recherche est que nous avons trouvé un chemin pour vérifier que l'état est celui que nous visions qui contourne une étape de conversion de couleur compliquée, " a déclaré Lorenz. "Nos collaborateurs théoriciens ont trouvé un moyen de montrer assez simplement que l'État W existe."
