Omar Magaña-Loaiza observe sa source efficace de down-conversion paramétrique spontanée. Cette source utilise un cristal non linéaire pour produire des paires de photons corrélés. Crédit :Elsa Hahne, LSU
Dans un article publié aujourd'hui dans Nature's Informations quantiques NPJ , Omar Magaña-Loaiza, professeur assistant au département de physique et d'astronomie de la Louisiana State University (LSU), et son équipe de chercheurs décrivent une avancée notable dans la manipulation quantique et le contrôle de la lumière, qui a des applications de technologie quantique de grande envergure dans l'imagerie, simulation, métrologie, calcul, la communication, et cryptographie, entre autres domaines. Le papier, intitulé "Ingénierie quantique multiphotonique à l'aide de mesures conditionnelles, " comprend des co-auteurs du National Institute of Standards and Technology de Boulder, Colo., instituts et universités au Mexique et en Allemagne, ainsi que Chenglong You, chercheur postdoctoral à LSU et membre du groupe expérimental de photonique quantique du Dr Magaña-Loaiza.
Au niveau quantique, la lumière reste difficile à contrôler à des fins d'ingénierie.
« Si nous sommes capables de contrôler les fluctuations des photons et le bruit associé, " dit Magaña-Loaiza. " Alors, nous pouvons faire des mesures plus précises. Cette technologie est nouvelle et va changer notre domaine."
Les physiciens du monde entier se précipitent pour développer des techniques permettant de préserver les propriétés quantiques de la lumière à des échelles suffisamment larges pour des besoins pratiques. Alors que les physiciens peuvent jusqu'à présent contrôler les propriétés quantiques des photons uniques et des paires de photons, conduisant à des applications puissantes par intrication et "annonce" (où la connaissance d'un photon donne une connaissance relativement certaine d'un autre, photon non encore détecté), L'équipe de Magaña-Loaiza a démontré avec succès une méthode pour générer des groupes de photons avec ces mêmes propriétés puissantes, connues sous le nom d'états multiphotoniques.
En soustrayant quelques photons, Magaña-Loaiza a dit, "Nous pouvons remodeler la forme du paquet d'ondes et augmenter artificiellement le nombre de photons qu'il contient."
De plus, alors que les scientifiques précédents produisaient des états multiphotoniques en utilisant plusieurs sources, L'équipe de Magaña-Loaiza a réussi à créer une source unique pour produire des paquets multiphotons qui partagent des similitudes avec les lasers intriqués :une réalisation technologique majeure.
Source de photons intriqués. Une lentille est utilisée pour focaliser le faisceau de pompe sur le cristal non linéaire, les photons intriqués générés sont collectés par une seconde lentille puis envoyés vers un séparateur de faisceau polarisant. Ceci est utilisé pour diriger les photons intriqués vers différents ports de la source. Les photons avec différentes polarisations émergent à travers différents ports de sortie. Le laser rouge dans le séparateur de faisceau polarisant est utilisé à des fins d'alignement. Crédit :Elsa Hahne, LSU
Mais peut-être le plus impressionnant, la publication révèle que l'équipe de Magaña-Loaiza peut générer plusieurs types de lumière avec des états quantiques manipulables dans une seule configuration.
"Je pense vraiment que nous faisons quelque chose de nouveau, et je pense que les gens commencent à le reconnaître, " il a dit.
En plus de générer des photons uniques, ils peuvent également produire une lumière laser enchevêtrée et une lumière naturelle enchevêtrée (c'est-à-dire, la lumière du soleil) avec les propriétés souhaitées.
"Si vous êtes capable de manipuler la lumière à ce niveau fondamental, vous pouvez concevoir la lumière, " il a dit.
Magaña-Loaiza a obtenu son doctorat. en optique quantique expérimentale à l'Université de Rochester en 2016 avant de devenir chercheur associé au National Institute of Standards and Technology de Boulder, Colo. Il a ensuite rejoint la faculté de LSU en août 2018, où il dirige le groupe expérimental de photonique quantique. Faire des avancées passionnantes en métrologie quantique, le groupe utilise des sources de photons intriqués pour développer plusieurs technologies quantiques. Un article récemment co-écrit par Magaña-Loaiza avec le Dr You alors que ce dernier était encore doctorant, "Métrologie quantique multiphotonique sans mesures pré- et post-sélectionnées, " y compris les contributions du physicien LSU Jonathan Dowling et de plusieurs collaborateurs, a été sélectionné comme lauréat du concours Emil Wolf Outstanding Student Paper Competition cette semaine.
Le papier, "Ingénierie quantique multiphotonique à l'aide de mesures conditionnelles, " est disponible en ligne dans Nature's Informations quantiques npj .
