« Cela ouvre la voie à la manipulation de ce que l’on nomme ‘lumière quantique’ », lance Sahand Mahmoodian. Avec son équipe internationale de physiciens et de physiciennes, un petit nombre de photons groupés entre eux a pu être identifié et manipulé. Il s’agit d’une première importante, bien qu’à très petite échelle dans l’immédiat. Les résultats ont été publiés dans Nature le 20 mars 2023.
Il faut bien distinguer l’enchevêtrement quantique des atomes, aujourd’hui bien maîtrisé par les physiciens, et cette même opération pour la lumière, via les photons, qui est très délicate à contrôler en laboratoire. Raison pour laquelle l’université de Syndey, dont fait partie Sahanh Mahmoodian, estime qu’il s’agit là d’une réalisation sans précédent qui « constitue une étape importante dans le développement des technologies quantiques. »
« C’est très prometteur »
L’expérience repose sur un phénomène appelé « émission stimulée ». Les physiciens ont tiré un photon ainsi qu’une paire de photons vers un point (ou boîte) quantique — une nanostructure faisant office d’atome artificiel. « Le dispositif que nous avons construit induit des interactions si fortes entre les photons que nous avons pu observer la différence entre un photon et deux photons interagissant avec lui », explique Natasha Tomm, co-autrice de l’étude avec Sahand Mahmoodian.
Ainsi, dans le délai de diffusion au cœur de cette interaction, un seul photon était davantage retardé que deux photons reliés entre eux. Une situation contre-intuitive, comme souvent dans le domaine quantique, mais qui permet de mieux comprendre, et donc mieux contrôler, ce phénomène.
« Avec cette interaction photon-photon très forte, les deux photons deviennent intriqués sous la forme de ce que l’on appelle un ‘état lié’ de deux photons », détaille Natasha Tomm. C’est justement en stimulant artificiellement cet état lié que l’expérience a accompli son objectif — soit « un premier pas essentiel vers l’exploitation de la lumière quantique à des fins pratiques » selon ces physiciens.
Étape suivante : trouver un moyen de mobiliser cette maîtrise de la lumière quantique pour générer des états de lumière pouvant être utilisés à l‘informatique quantique — et contribuer ainsi à la stabilisation de ces nouveaux systèmes. Natasha Tomm estime que « c’est très prometteur pour des applications dans un large éventail de domaines : de la biologie à la fabrication avancée et au traitement quantique de l’information. »
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