Les propriétés des états quantiques de la lumière sont déjà exploitées par des technologies de pointe hautement sophistiquées telles que celles des dernières mises à niveau de sensibilité de LIGO, l'Observatoire des ondes gravitationnelles par interféromètre laser, déployés pour détecter les ondes gravitationnelles depuis septembre 2015, ou les clés de cryptage utilisées pour la sécurité à bord des satellites.

Les deux solutions utilisent des cristaux comme amplificateurs optiques sans bruit. Cependant, l'utilisation de vapeurs atomiques a été considérée comme une alternative plus efficace qui améliore l'accessibilité des états de lumière non classiques.

"Nous montrons que des oscillateurs basés sur ces amplificateurs atomiques peuvent générer des faisceaux lumineux intenses avec des corrélations quantiques, " a déclaré Marcelo Martinelli, chercheur à l'Institut de physique de l'Université de São Paulo (IF-USP). Martinelli est co-auteur d'un article publié dans Lettres d'examen physique décrivant les principaux résultats à ce jour d'un projet thématique pour lequel il est le chercheur principal et qui est soutenu par la Fondation de recherche de São Paulo—FAPESP.

Les cristaux et les vapeurs atomiques peuvent être utilisés pour produire des paires de faisceaux lumineux à corrélation quantique. Enquêter sur le comportement de ces sources est un défi. Le comportement de la lumière en dessous d'un certain niveau de puissance ressemble à celui de la lumière produite par une ampoule. Au-dessus d'un certain seuil, ses caractéristiques sont similaires à celles d'un laser. "C'est comme si les cristaux ou la vapeur atomique convertissaient la lumière d'une lampe en lumière laser. Il est plus facile d'étudier cette transition dans le milieu atomique que dans le milieu cristallin car des faisceaux plus intenses peuvent être produits dans un milieu atomique, " a déclaré Martinelli.

Des cavités optiques sont utilisées à cet effet. Contrôle de la géométrie de la cavité et de la température de vapeur atomique, Martinelli et ses collaborateurs ont pu produire un couplage de photons dans des cavités plus ouvertes.

« Cela offrait deux avantages par rapport aux anciennes cavités à base de cristaux :une plus grande efficacité quantique de sorte que le nombre de photons fournis par la fenêtre de sortie dépassait facilement le nombre de photons perdus dans l'environnement, et une chance d'étudier des détails plus subtils de la transition entre la lumière avec des fréquences hétérogènes et la production de faisceaux intenses de type laser. C'était comme si on avait ouvert une fenêtre sur la dynamique quantique de la transition de phase, " a déclaré Martinelli.

Les applications potentielles incluent la métrologie de haute précision avec la manipulation du bruit quantique dans la lumière et le codage de l'information via l'intrication quantique.