Un hybride entre lumière classique et quantique

Pourquoi certaines propriétés étranges qui valent pour l'infiniment petit, comme la possibilité qu'une particule se trouve simultanément dans plusieurs états différents (par exemple, en ayant en même temps deux "couleurs" ou deux positions différentes), ne se retrouvent pas à l'échelle macroscopique du quotidien ? Une expérience menée par l'institut national d'optique du Conseil National de Recherches (Ino-CNR) de Florence et du Laboratoire européen de spectroscopie non linéaire de l'Université de Florence (Lens) a démontré pour la première fois expérimentalement que, dans la production d'un état de lumière hybride, un photon est à la fois présent et absent et qu'une faible impulsion laser présente simultanément deux phases opposées. L'étude, dirigée par Marco Bellini et Alessandro Zavatta, avec le soutien de collègues coréens et australiens des Universités de Séoul et du Queensland, est décrite dans Nature Photonics.

"En fait, la mécanique quantique n'interdit pas de telles possibilités, comme Erwin Schrödinger l'a illustré avec son paradoxe du chat enfermé dans une boîte hermétique", raconte Marco Bellini de l'Ino-CNR. "Ce que nous avons montré pour la première fois expérimentalement est la production d'un état de la lumière dit "intriqué" hybride classique-quantique, analogue optique des conditions entremêlées de l'atome quantique et du chat de Schrödinger dans sa boîte", conclut Bellini. "Dans notre cas, le rôle de l'atome est joué par un seul photon et celui du chat par une faible impulsion de lumière laser. Si le photon est présent, l'impulsion lumineuse a une phase déterminée, tandis que si le photon est absent, il a la phase inverse. Comme dans le paradoxe du chat, aussi longtemps que la "boîte" reste fermée, soit tant que n'a pas été effectuée une mesure qui oblige le système à se dévoiler, les deux états sont vrais en même temps: le photon est à la fois présent et absent et la faible impulsion lumineuse a deux phases opposées, dans un état "entrelacé" similaire à celui décrit par Schrödinger".

La recherche permettra de mieux comprendre pourquoi il est si difficile de trouver des objets macroscopiques dans ces "étranges" états superposés et à quel niveau la mécanique quantique cesse d'être valide.