Phy­sique In­ter­fé­rences à trois pho­tons

Deux groupes ont an­non­cé la réa­li­sa­tion d’in­ter­fé­rences met­tant en jeu trois pho­tons. Des ex­pé­riences qui pour­raient faire pro­gres­ser la cryp­to­gra­phie et l’in­for­ma­tique quan­tiques.

La Recherche - - Sommaire /juin 2017 - N°524 - De­nis Del­becq

Les in­ter­fé­rences sont le fruit de la su­per­po­si­tion – sous cer­taines condi­tions – de deux ondes. On constate, par exemple avec de la lu­mière, que les ondes s’ad­di­tionnent ou se sous­traient, don­nant lieu à des franges d’in­ter­fé­rences, al­ter­nance de ré­gions sombres et brillantes. Depuis le mi­lieu des an­nées 1980, les phy­si­ciens ont ap­pris à ma­ni­pu­ler la lu­mière sous la forme de pho­tons uniques ou par paire, réa­li­sant par la suite des in­ter­fé­rences à un ou deux pho­tons qui sol­li­citent la na­ture quan­tique de la lu­mière. Cette fois, les groupes de Tho­mas Jen­ne­wein, de l’uni­ver­si­té de Wa­ter­loo, au Ca­na­da, et de Ian Walm­sley, de l’uni­ver­si­té d’Ox­ford, au Royaume-Uni, pro­posent deux dis­po­si­tifs d’in­ter­fé­rences à trois pho­tons. « Toute in­ter­fé­rence est le ré­sul­tat de l’in­ter­ac­tion d’un ob­jet avec lui-même, ex­plique Oli­vier Ali­bart, de l’uni­ver­si­té de Nice-So­phia An­ti­po­lis. L’ob­jet peut être un fais­ceau, un pho­ton, mais aus­si un état à deux pho­tons ou à trois pho­tons. » Le groupe ca­na­dien a pré­pa­ré un état à trois pho­tons in­tri­qués : il trans­forme un pho­ton de forte éner­gie (cou­leur bleue) en deux pho­tons d’éner­gie moi- tié (cou­leur rouge), avant de conver­tir l’un d’eux en deux pho­tons in­fra­rouges (1). De cette ma­nière, ces trois pho­tons forment un état in­tri­qué qui est in­tro­duit dans un in­ter­fé­ro­mètre pour ré­vé­ler des in­ter­fé­rences ca­rac­té­ris­tiques de cet état avec lui-même. L’in­tri­ca­tion si­gni­fie que les trois pho­tons ont un même des­tin : s’ils étaient des pièces de mon­naie, ils don­ne­raient toujours le même ré­sul­tat à pile ou face. « Ce ré­sul­tat ouvre des ap­pli­ca­tions en cryp­to­gra­phie quan­tique, pour le par­tage d’une clé de chif­fre­ment entre trois uti­li­sa­teurs », ana­lyse Oli­vier Ali­bart. Un peu comme un coffre à la banque qui ne pour­rait être ou­vert en l’ab­sence de l’un de ses trois pro­prié­taires.

PHASE-TRIADE

De son cô­té, le groupe bri­tan­nique a uti­li­sé trois pho­tons is­sus de trois sources lu­mi­neuses dis­tinctes (2). Il a mis en évi­dence un pa­ra­mètre phy­sique in­édit : les in­ter­fé­rences dé­pendent de ce que les phy­si­ciens ont bap­ti­sé la pha­se­triade, la somme des dé­ca­lages re­la­tifs – dans le temps – entre chaque couple de pho­tons pris deux à deux. « Ce­la pour­rait faire pro­gres­ser un type de cal­cul quan­tique bap­ti­sé “boson sam­pling” », sou­ligne Oli­vier Ali­bart. Ima­gi­nons une ex­pé­rience qui re­groupe 50 fibres op­tiques cou­plées dans les­quelles des pho­tons peuvent pas­ser de l’une à l’autre. « Avec dix pho­tons, il est très dif­fi­cile de pré­dire, avec un or­di­na­teur, de quelle fibre chaque pho­ton sor­ti­ra. En re­vanche, une si­mu­la­tion quan­tique de l’ex­pé­rience est en­vi­sa­geable avec dix pho­tons. Cette phase-triade se­rait donc un bou­ton de plus pour ajus­ter un cal­cul dans un or­di­na­teur quan­tique », conclut le phy­si­cien.

(1) T. Jen­ne­wein et al., Phys. Rev. Lett., 118 , 153602, 2017. (2) I. Walm­sley et al., Phys. Rev. Lett., 118 , 153603, 2017.

In­ter­fé­ro­mètre Dé­tec­teurs Source à trois pho­tons

Prin­cipe de l’ex­pé­rience éla­bo­rée par le groupe ca­na­dien. Une pompe la­ser en­gendre un état in­tri­qué à trois pho­tons. Cet état est en­suite en­voyé dans un in­ter­fé­ro­mètre. Les os­cil­la­tions de l’état me­su­ré dans les dé­tec­teurs as­surent qu’il s’est bien pro­duit une in­ter­fé­rence à trois pho­tons.

Newspapers in French

Newspapers from France

© PressReader. All rights reserved.