L'enchevêtrement des photons se débroussaille

De la même façon qu'un bit quantique ou "qubit" peut se trouver dans deux états différents à la fois, un "qudit" peut exister dans d états. Malcolm O'Sullivan-Hale de l'université de Rochester l'a démontré pour d= 3 et d= 6 états sur des photons. Le résultat pourrait avoir des applications dans la cryptographie quantique.


Les ordinateurs conventionnels stockent les informations sous forme de "bits", qui peuvent avoir la valeur 1 ou 0. Cependant la capacité des photons et d'autres particules quantiques d'exister dans deux états différents en même temps (comme les états de polarisation horizontaux et verticaux) a conduit vers une nouvelle science du traitement de l'information quantique. Passer des états bidimensionnels des qubits vers les états dimensionnels plus élevés des qudits permettra aux particules de transporter bien plus d'informations et, par exemple, d'augmenter la sécurité dans des applications de cryptographie quantique.

L'espérience de O'Sullivan-Hale et de ses collègues consiste à envoyer un rayon laser ultra-violet sur un cristal possédant des propriétés optiques non linéaires qui scinde de temps en temps un photon ultra-violet en une paire de photons infrarouges enchevêtrés (ou "intriqués"). L'intrication signifie que les propriétés des deux photons, comme leur polarisation, sont beaucoup plus fortement corrélées qu'il n'est prévu par la physique classique. Par exemple, il est possible d'enchevêtrer des photons de telle façon que si l'un possède une polarisation circulaire horaire, alors l'autre sera toujours polarisé dans le sens anti-horaire.

L'équipe de Rochester a travaillé en réalité sur l'intrication des moments des photons, ce qui signifie que leurs positions dans l'espace réel, mesurées par un détecteur, sont également enchevêtrées. Leurs expériences prouvent que les photons peuvent occuper n'importe lequel parmi 6 états de moment ou de position (appelés pixels). A l'aide de plus grands détecteurs, l'équipe espère pouvoir réaliser des expériences à 16 états.

"Bien que des qudits enchevêtrés aient été précédemment mis en oeuvre par diverses méthodes, la notre est intéressante en raison de sa relative simplicité et des possibilités d'extension qu'elle offre", indique O'Sullivan-Hale. "Nous travaillons avec un système optique simple, sans avoir besoin d'hologrammes ni de stabilité interférométrique comme dans des expériences précédentes".

L'équipe projette maintenant de démontrer l'enchevêtrement des pixels dans un système cryptographique quantique. "Nous voudrions également utiliser nos idées de créer des états pluridimensionnels en utilisant d'autres variables telles que l'énergie et temps", conclut O'Sullivan-Hale.