Une équipe internationale de chercheurs de l'Université Leibniz de Hanovre (Allemagne) et de l'Université de Strathclyde à Glasgow (Royaume-Uni) a réfuté une hypothèse antérieure concernant l'impact des composants multiphotoniques dans les effets d'interférence des champs thermiques (par exemple, la lumière du soleil) et des photons uniques paramétriques. (généré dans des cristaux non linéaires). La revue Physical Review Letters a publié les recherches de l'équipe.
"Nous avons prouvé expérimentalement que l'effet d'interférence entre la lumière thermique et les photons uniques paramétriques conduit également à une interférence quantique avec le champ de fond. Pour cette raison, le fond ne peut pas simplement être négligé et soustrait des calculs, comme cela a été le cas jusqu'à présent." déclare le professeur Michael Kues, directeur de l'Institut de photonique et membre du conseil d'administration du cluster d'excellence PhoenixD de l'université Leibniz de Hanovre.
Le scientifique principal était titulaire d'un doctorat. Anahita Khodadad Kashi, étudiante, qui effectue des recherches sur le traitement de l'information quantique photonique à l'Institut de photonique. Elle a étudié comment la visibilité de ce qu'on appelle l'effet Hong-Ou-Mandel, un effet d'interférence quantique, est affectée par la contamination multiphotonique.
"Grâce à notre expérience, nous avons réfuté l'hypothèse précédemment valable selon laquelle les composants multiphotons ne feraient que nuire à la visibilité et pourraient donc être soustraits dans le calcul", explique Khodadad Kashi. "Nous avons découvert une nouvelle caractéristique fondamentale qui n'avait pas été prise en compte dans les calculs précédents. Notre modèle nouvellement développé peut prédire l'interférence quantique et nous pouvons mesurer cet effet dans une expérience."
Les scientifiques ont fait leur découverte en menant une expérience dans le laboratoire laser. Ils ont obtenu un résultat négatif lorsqu’ils ont initialement suivi la méthode de calcul originale. "Mais le résultat aurait été physiquement impossible", explique Khodadad Kashi. Ensemble, l'équipe a commencé à dépanner la configuration expérimentale et le modèle de calcul.
"Lorsqu'une expérience s'avère très différente de ce qui était attendu, les scientifiques commencent à remettre en question les hypothèses précédentes et recherchent de nouvelles explications", explique Kues.
Ils ont développé conjointement leur nouvelle théorie de l’interférence quantique des champs thermiques avec des photons uniques paramétriques. La chercheuse quantique Lucia Caspani de l'Université de Strathclyde à Glasgow a été la première à tester cette approche. Dans l'étape suivante, Khodadad Kashi a présenté sa théorie et les résultats expérimentaux lors de conférences internationales, notamment Photonics West à San Francisco. Là, elle a discuté de son modèle avec d'autres scientifiques et a reçu la confirmation de ses résultats.
Grâce à la nouvelle théorie et à la vérification expérimentale, l'équipe de Kues a apporté une contribution importante à une meilleure compréhension des phénomènes quantiques. "Les résultats pourraient être importants pour la distribution des clés quantiques, qui est nécessaire pour sécuriser les communications à l'avenir, en particulier pour la façon dont les effets d'interférence quantique sont interprétés pour la génération de clés secrètes", explique Khodadad Kashi.
Cependant, de nombreuses questions restent sans réponse, estime Kues. "Peu de recherches ont été effectuées sur les effets multiphotons, donc beaucoup de travail reste encore à faire."
Plus d'informations : Anahita Khodadad Kashi et al, Effet spectral Hong-Ou-Mandel entre un état annoncé à photon unique et un champ thermique :contamination multiphotonique et seuil de non-classicité, Physical Review Letters (2023). DOI : 10.1103/PhysRevLett.131.233601
Informations sur le journal : Lettres d'examen physique
Fourni par l'Université Leibniz de Hanovre
