C'est une nouvelle étape sur la voie du développement d'applications de traitement de l'information quantique :une expérience clé a réussi à dépasser les limites précédemment définies pour les applications photoniques. Anahita Khodadad Kashi et le professeur Michael Kues de l'Institut de photonique et du pôle d'excellence PhoenixD de l'Université Leibniz de Hanovre (Allemagne) ont démontré un nouvel effet d'interférence. Les scientifiques ont ainsi montré que de nouveaux réseaux photoniques codés par couleur peuvent être exploités, et le nombre de photons impliqués peut être mis à l'échelle. "Cette découverte pourrait permettre de nouvelles références en communication quantique, les opérations de calcul des ordinateurs quantiques ainsi que les techniques de mesure quantique et est réalisable avec l'infrastructure de télécommunication optique existante, " dit Kues.

L'expérience décisive a été réalisée avec succès dans le nouveau Laboratoire de photonique quantique (QPL) de l'Institut de photonique et le Centre de technologies optiques de Hanovre à l'Université Leibniz de Hanovre. Anahita Khodadad Kashi a réussi à interférer de manière quantique des photons purs générés indépendamment avec différentes couleurs, c'est à dire., fréquences. Khodadad Kashi a détecté un soi-disant effet Hong-Ou-Mandel.

L'interférence de Hong-Ou-Mandel est un effet fondamental de l'optique quantique qui constitue la base de nombreuses applications de traitement de l'information quantique, de l'informatique quantique à la métrologie quantique. L'effet décrit le comportement de deux photons lorsqu'ils entrent en collision sur un séparateur de faisceau spatial et explique le phénomène d'interférence mécanique quantique.

Les chercheurs ont maintenant réalisé un séparateur de fréquence utilisant des composants de télécommunications et démontrent pour la première fois l'effet Hong-Ou-Mandel entre deux photons générés indépendamment dans le domaine fréquentiel. Contrairement aux autres dimensions, comme la polarisation (plan d'oscillation du champ électrique) ou la position du photon (localisation spatiale), la fréquence est beaucoup moins sensible aux interférences. "Notre approche permet une configurabilité flexible et un accès à des systèmes de grande dimension, qui pourraient conduire à des systèmes quantiques contrôlables à grande échelle dans le futur, " dit Kues. Ce phénomène d'interférence à deux photons peut servir de fondement à un Internet quantique, communication non classique et ordinateurs quantiques. En d'autres termes, les résultats pourraient être utilisés pour les réseaux quantiques basés sur la fréquence. Une autre caractéristique notable de la nouvelle découverte est que cette augmentation des performances pourrait être utilisée avec l'infrastructure existante, c'est-à-dire des connexions à fibre optique standard pour se connecter à Internet. L'utilisation des technologies quantiques à domicile pourrait donc théoriquement être rendue possible dans le futur.

"J'ai été très heureux que notre expérience ait pu démontrer l'effet Hong-Ou-Mandel dans le domaine fréquentiel, ", explique Khodadad Kashi. La chercheuse a déménagé à Hanovre en 2019 après avoir terminé son master en génie électrique, se concentrant sur la photonique à l'Université iranienne des sciences et de la technologie à Téhéran. Depuis, elle a renforcé l'équipe de sept personnes du professeur Kues. Kues est professeur à l'Université Leibniz de Hanovre depuis le printemps 2019 et étudie le développement de technologies quantiques photoniques utilisant la micro et la nanophotonique dans le cluster d'excellence PhoenixD. À l'avenir, Kashi et Kues poursuivront leurs recherches sur le sujet des interférences spectrales de Hong-Ou-Mandel. "Je voudrais étendre l'expérience actuelle pour exploiter l'effet démontré pour le traitement de l'information quantique, " dit Khodadad Kashi.