Une équipe de théoriciens quantiques australiens a montré comment briser une limite que l'on croyait, depuis 60 ans, limiter fondamentalement la cohérence des lasers.

La cohérence d'un faisceau laser peut être considérée comme le nombre de photons (particules de lumière) émis consécutivement dans le faisceau avec la même phase (ondulant tous ensemble). Il détermine dans quelle mesure il peut effectuer une grande variété de tâches de précision, comme le contrôle de tous les composants d'un ordinateur quantique.

Maintenant, dans un article publié dans Physique de la nature , les chercheurs de l'Université Griffith et de l'Université Macquarie ont montré que les nouvelles technologies quantiques ouvrent la possibilité de rendre cette cohérence bien plus grande qu'on ne le pensait possible.

"La sagesse conventionnelle remonte à un article célèbre de 1958 des physiciens américains Arthur Schawlow et Charles Townes, " a déclaré le professeur Wiseman, chef de projet et directeur du Griffith's Center for Quantum Dynamics.

Chacun d'eux a remporté un prix Nobel pour son travail au laser.

"Ils ont montré théoriquement que la cohérence du faisceau ne peut pas être supérieure au carré du nombre de photons stockés dans le laser, " il a dit.

"Mais ils ont fait des hypothèses sur la façon dont l'énergie est ajoutée au laser et comment elle est libérée pour former le faisceau.

"Les hypothèses avaient du sens à l'époque, et s'appliquent toujours à la plupart des lasers aujourd'hui, mais ils ne sont pas requis par la mécanique quantique."

« Dans notre journal, nous avons montré que la vraie limite imposée par la mécanique quantique est que la cohérence ne peut pas être supérieure à la puissance quatrième du nombre de photons stockés dans le laser, " a déclaré le professeur agrégé Dominic Berry, de l'Université Macquarie.

« Lorsque le nombre de photons stockés est important, comme c'est généralement le cas, notre nouvelle borne supérieure est beaucoup plus grande que l'ancienne."

Mais cette nouvelle borne de cohérence peut-elle être atteinte ? "Oui, " dit le Dr Nariman Saadatmand, chercheur dans le groupe du professeur Wiseman.

"Par simulation numérique, nous avons trouvé un modèle de mécanique quantique pour un laser qui atteint la limite supérieure théorique de cohérence, dans un faisceau qui est par ailleurs impossible à distinguer de celui d'un laser conventionnel."

Alors, quand verrons-nous ces nouveaux super-lasers ? "Probablement pas avant un moment, " dit M. Travis Baker, le doctorat étudiant sur le projet à l'Université Griffith. "Mais nous prouvons qu'il serait possible de construire notre laser véritablement limité quantique en utilisant la technologie supraconductrice. C'est la même technologie utilisée dans les meilleurs ordinateurs quantiques actuels, et notre dispositif proposé peut avoir des applications dans ce domaine."

"Notre travail soulève de nombreuses questions intéressantes telles que s'il pourrait permettre des lasers plus économes en énergie, '', a déclaré le professeur Wiseman. "Ce serait aussi un grand avantage, nous espérons donc pouvoir enquêter là-dessus à l'avenir."