L'intrication est l'une des propriétés propres aux particules quantiques. Lorsque deux photons s'entremêlent, par exemple, l'état quantique du premier sera parfaitement corrélé avec l'état quantique du second, même s'ils sont éloignés les uns des autres. Mais que se passe-t-il lorsque trois paires de photons intriqués sont mises en réseau ? Chercheurs à l'Université de Genève (UNIGE), La Suisse, en partenariat avec l'Institut de recherche en sciences fondamentales (IPM) de Téhéran, ont prouvé que cet arrangement permet une nouvelle forme de corrélation quantique en théorie. Lorsque les scientifiques ont forcé deux photons de paires distinctes à s'entremêler, la connexion a également été faite avec leur photon jumeau présent ailleurs dans le réseau, formant un triangle fortement corrélé. Ces résultats, publié dans la revue Lettres d'examen physique , créer le potentiel de nouvelles applications en cryptographie.

L'intrication implique deux particules quantiques :les photons, par exemple, formant un seul système physique malgré la distance qui les sépare. Chaque action effectuée sur l'un des deux photons a un impact sur son photon "jumeau". Ce principe d'intrication conduit à la non-localité quantique :Les mesures et statistiques des propriétés observées sur l'un des photons sont très étroitement corrélées avec celles de l'autre photon. "La non-localité quantique a été découverte théoriquement par John Stewart Bell en 1964, " dit Nicolas Brunner, professeur agrégé au Département de physique appliquée de la Faculté des sciences de l'UNIGE. "Cela a montré que les corrélations de photons sont exclusivement de nature quantique, et ne peut donc pas être expliqué par la physique conventionnelle. Ce principe pourrait être utilisé pour générer des clés de chiffrement ultra-sécurisées."

Mais quelles sont les implications de ce principe de non-localité quantique lorsque plusieurs paires de photons sont mises en réseau ? "Pour répondre à cette question, nous avons conçu une expérience impliquant trois paires de photons qui ont ensuite été séparés et dispersés en trois points, former un triangle, " dit Marc-Olivier Renou, qui est également chercheur au Département de physique appliquée. « À chaque sommet, deux photons d'une paire différente sont traités ensemble."

Les physiciens ont ensuite forcé les deux photons à chaque sommet du triangle à s'entremêler en les faisant interagir les uns avec les autres, avant de les mesurer. Ils ont enfin montré que les statistiques issues de ces mesures ne peuvent être expliquées par aucune théorie physique locale. En outre, ces statistiques sont si fortement corrélées qu'elles pourraient représenter une nouvelle forme de corrélations quantiques. "Cela pourrait devenir une nouvelle version du théorème de Bell, spécifique aux réseaux quantiques, " dit Nicolas.

Cette importante découverte théorique souligne la puissance des corrélations quantiques dans les réseaux, ce qui dépasse de loin ce que les chercheurs avaient initialement pensé possible. La prochaine étape sera d'observer ces phénomènes en laboratoire. "Ce ne sera pas un jeu d'enfant, car mener une expérience comme celle-ci est encore extrêmement difficile pour le moment, " conclut Nicolas Gisin, professeur au Département de physique appliquée de l'UNIGE.