La révolution numérique s'étant désormais généralisée, l'informatique quantique et la communication quantique montent dans la conscience du domaine. Les technologies de mesure améliorées permises par les phénomènes quantiques, et la possibilité de progrès scientifique en utilisant de nouvelles méthodes, intéressent particulièrement les chercheurs du monde entier.

Récemment, deux chercheurs de l'Université de Tampere, Professeur assistant Robert Fickler et chercheur doctorant Markus Hiekkamäki, ont démontré que l'interférence à deux photons peut être contrôlée de manière presque parfaite en utilisant la forme spatiale du photon. Leurs découvertes ont été récemment publiées dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique.

"Notre rapport montre comment une méthode complexe de mise en forme de la lumière peut être utilisée pour faire interférer deux quanta de lumière l'un avec l'autre d'une manière nouvelle et facilement réglable, " explique Markus Hiekkamäki.

Les photons uniques (unités de lumière) peuvent avoir des formes très complexes qui sont connues pour être bénéfiques pour les technologies quantiques telles que la cryptographie quantique, mesures ultra-sensibles, ou des tâches de calcul à amélioration quantique. Pour utiliser ces photons dits structurés, il est crucial de les faire interférer avec d'autres photons.

"Une tâche cruciale dans pratiquement toutes les applications technologiques quantiques est d'améliorer la capacité à manipuler les états quantiques d'une manière plus complexe et fiable. Dans les technologies quantiques photoniques, cette tâche implique de modifier les propriétés d'un seul photon ainsi que d'interférer plusieurs photons les uns avec les autres », explique Robert Fickler, qui dirige le groupe d'optique quantique expérimentale à l'université.

L'optique linéaire apporte des solutions prometteuses aux communications quantiques

Le développement démontré est particulièrement intéressant du point de vue de la science de l'information quantique de grande dimension, où plus d'un seul bit d'information quantique est utilisé par porteuse. Ces états quantiques plus complexes permettent non seulement d'encoder plus d'informations sur un seul photon, mais sont également connus pour être plus résistants au bruit dans divers contextes.

La méthode présentée par le duo de recherche est prometteuse pour la construction de nouveaux types de réseaux optiques linéaires. Cela ouvre la voie à de nouveaux schémas d'informatique photonique améliorée quantique.

"Notre démonstration expérimentale de regroupement de deux photons en plusieurs formes spatiales complexes est une prochaine étape cruciale pour l'application de photons structurés à diverses tâches métrologiques et informationnelles quantiques, " poursuit Markus Hiekkamäki.

Les chercheurs visent maintenant à utiliser la méthode pour développer de nouvelles techniques de détection améliorées quantiques, tout en explorant des structures spatiales plus complexes de photons et en développant de nouvelles approches pour les systèmes informatiques utilisant des états quantiques.

"Nous espérons que ces résultats inspireront davantage de recherches sur les limites fondamentales de la mise en forme des photons. Nos découvertes pourraient également déclencher le développement de nouvelles technologies quantiques, par exemple. une communication quantique améliorée tolérante au bruit ou des schémas de calcul quantique innovants, qui bénéficient de tels états quantiques photoniques de grande dimension, " ajoute Robert Fickler.