Une équipe internationale, regroupant des scientifiques du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, de l'Institut Néel et de l'Université de Calgary, a découvert une nouvelle façon de générer des états intriqués de la lumière. Ces travaux sont publiés aujourd'hui dans Nature Photonics.
L'intrication est une ressource clé pour les technologies quantiques et plus particulièrement pour celles basées sur la lumière, où l'intrication des photons est un élément essentiel de nombreuses applications allant des communications quantiques à quantique'informat. La génération de l'intrication des photons est souvent difficile et nécessite des schémas expérimentaux complexes et soigneusement conçus.
Les chercheurs ont proposé et démontré une nouvelle méthode, d'une grande simplicité, pour générer la lumière intriquée. Elle exploite l'intrication lumière-matière qui se produit lorsqu'un atome émet un photon. Dans le schéma proposé, l'atome est excité par deux impulsions laser consécutives : la première impulsion laser place l'atome dans son état excité, le préparant à émettre un photon via l'émission spontanée. À mi-chemin de ce processus d'émission, le système atome-photon se trouve dans un état intriqué, soit l'atome est excité et aucun photon n'est émis, soit l'atome est revenu à son état fondamental et aucun photon n'est émis. À ce moment, une seconde impulsion laser renverse l'état de l'atome, c'est-à-dire de l'état excité à l'état fondamental et vice versa. À la fin du processus d'émission spontanée, deux photons et aucun photon ont été émis - et la lumière émise montre une intrication dans la base du nombre de photons.
Ces expériences sont réalisées avec un atome artificiel - un puits quantique semi-conducteur - inséré dans une cavité optique, un dispositif qui s'est révélé être l'une des sources de photons uniques les plus lumineuses. Ces travaux illustrent parfaitement comment la recherche fondamentale, stimulée par une technologie de pointe, peuvent conduire à de nouvelles découvertes dans des situations de physique que l'on maîtrise et utilise parfaitement. En outre, cela ouvre de nombreuses perspectives pour produire une intrication des photons plus complexe et évolutive, même avec un schéma très simple.
Voir le communiqué de presse de l'Université de Calgary pour plus de détails
References
Photon-number entanglement generated by sequential excitation of a two-level atom
Stephen C. Wein1, Juan C. Loredo2, Maria Maffei3, Paul Hilaire2, Abdelmounaim Harouri2, Niccolo Somaschi4, Aristide Lemaître2, Isabelle Sagnes2, Loïc Lanco2, Olivier Krebs2, Alexia Auffèves3, Christoph Simon1, Pascale Senellart2 & Carlos Antón-Solanas2
Nature Photonics (2022)
DOI : https://doi.org/10.1038/s41566-022-00979-z
Affiliations
1Institute for Quantum Science and Technology and Department of Physics and Astronomy, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada
2Centre for Nanosciences and Nanotechnology, CNRS, Université Paris-Saclay, UMR 9001, Palaiseau, France
3Université Grenoble Alpes, CNRS, Grenoble INP, Institut Néel, Grenoble, France
4Quandela SAS, Palaiseau, France
Figure : Mesure de corrélation d'intensité de second ordre mettant en évidence l'émission de deux photos à des moments différents.
