Les objets quantiques, tels que les électrons et les photons, se comportent différemment des autres objets de manière à permettre la technologie quantique. C'est là que réside la clé pour percer le mystère de l'intrication quantique, dans laquelle plusieurs photons existent dans plusieurs modes ou fréquences.

Dans la poursuite des technologies quantiques photoniques, des études antérieures ont établi l’utilité des états de Fock. Il s’agit d’états multiphotoniques et multimodes rendus possibles par la combinaison intelligente d’un certain nombre d’entrées monophotoniques à l’aide de l’optique dite linéaire. Cependant, certains états quantiques essentiels et précieux nécessitent plus que cette approche photon par photon.

Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto et de l’Université d’Hiroshima a confirmé théoriquement et expérimentalement les avantages uniques des états quantiques complexes non-Fock – ou iNFS – nécessitant plus d’une seule source de photons et d’éléments optiques linéaires. L'étude est publiée dans la revue Science Advances .

"Nous avons confirmé avec succès l'existence d'iNFS en utilisant un circuit quantique optique à photons multiples", explique l'auteur correspondant Shigeki Takeuchi de la Graduate School of Engineering.

"Notre étude mènera à des percées dans des applications telles que les ordinateurs quantiques optiques et la détection quantique optique", ajoute le co-auteur Geobae Park.

Le photon est un porteur prometteur car il peut être transmis sur de longues distances tout en préservant son état quantique à température ambiante constante. L'exploitation de nombreux photons dans plusieurs modes permettrait de réaliser la cryptographie quantique optique longue distance, la détection quantique optique et l'informatique quantique optique.

"Nous avons minutieusement généré un type complexe d'iNFS en utilisant notre circuit quantique photonique à transformée de Fourier pour manifester deux photons dans trois voies différentes, ce qui constitue le phénomène de cohérence conditionnelle le plus difficile à réaliser", explique le co-auteur Ryo Okamoto.

En outre, cette étude a comparé un autre phénomène à l’intrication quantique largement appliquée, qui apparaît et disparaît en traversant simplement un seul élément optique linéaire. L'intrication quantique est un état quantique avec deux ou plusieurs états corrélés dans une superposition entre deux systèmes distincts.

"Étonnamment, cette étude démontre que les propriétés de l'iNFS ne changent pas lors du passage à travers un réseau de nombreux éléments optiques linéaires, ce qui marque un grand pas en avant dans la technologie quantique optique", note le co-auteur Holger F Hofmann de l'Université d'Hiroshima.

L'équipe de Takeuchi postule que l'iNFS présente une cohérence conditionnelle, un phénomène quelque peu mystérieux, dans lequel la détection d'un seul photon signifie l'existence des photons restants dans une superposition de multiples voies.

"Notre prochaine phase consiste à réaliser des puces multiphotoniques, à états multimodes et à circuits quantiques optiques à plus grande échelle", annonce Takeuchi.

Plus d'informations : Geobae Park et al, Réalisation de corrélations de photons au-delà de la limite de l'optique linéaire, Science Advances (2023). DOI :10.1126/sciadv.adj8146

Informations sur le journal : Progrès scientifiques

Fourni par l'Université de Kyoto