L'expérience permet d'obtenir un enchevêtrement de six ondes lumineuses avec un seul laser

Anonim

Le physicien autrichien Erwin Schrödinger (1887-1961), l'un des géants de la science contemporaine, considérait l'intrication comme la propriété la plus intéressante de la mécanique quantique. Selon lui, c'est ce phénomène qui distingue véritablement le monde quantique du monde classique. L'enchevêtrement se produit lorsque des groupes de particules ou d'ondes sont créés ou interagissent de telle manière que l'état quantique de chaque particule ou onde ne peut pas être décrit indépendamment des autres, quelle que soit leur distance. Les expériences réalisées à l'Institut de physique de l'Université de São Paulo (IF-USP) au Brésil ont réussi à emmêler six ondes lumineuses générées par une source de lumière laser simple appelée oscillateur paramétrique optique.

Des articles sur ces expériences ont été publiés dans Physical Review Letters et Physical Review A. Les expériences sont mises en évidence dans un reportage spécial publié en ligne.

«Notre plate-forme est capable de générer un enchevêtrement massif de nombreux modes optiques avec des fréquences différentes mais bien définies, comme si elle connectait les nœuds d’un grand réseau. Les états quantiques ainsi produits peuvent être contrôlés par un seul paramètre: la puissance de laser qui pompe le système ", a déclaré Marcelo Martinelli, l'un des coordinateurs des expériences. Martinelli est professeur à l'IF-USP et chercheur principal du projet.

"L'enchevêtrement est une propriété qui implique des corrélations quantiques entre des systèmes distincts", a déclaré Martinelli. "Ces corrélations sont un atout majeur qui peut rendre les ordinateurs quantiques supérieurs aux ordinateurs électroniques traditionnels pour effectuer des tâches telles que la simulation ou la factorisation des nombres premiers, une opération critique pour la sécurité des données dans le monde actuel. est un défi important dans la mise en œuvre des idées de la théorie de l'information quantique. "

Traitement plus rapide

Dans des recherches antérieures, l’équipe IF-USP a mêlé deux et trois modes à l’oscillateur paramétrique optique. Leurs dernières expériences ont doublé l'espace disponible pour les informations à encoder.

Cette idée est plus facile à comprendre grâce à une analogie. Le bit classique est un système à deux états qui peut être dans un seul état à la fois - soit zéro ou un. C'est la base de la logique binaire. Le qubit (bit quantique) peut représenter une superposition quantique de ces deux états, de sorte qu'il peut encoder plus d'informations qu'un bit classique.

L'enchevêtrement correspond à la corrélation non locale de plusieurs qubits. La non-localité est une caractéristique intrinsèque de la nature et l'une des principales différences entre la physique quantique et la physique classique, qui ne reconnaît que les corrélations locales. Martinelli a expliqué comment ce principe général est démontré dans les expériences. "Un laser fournit toute l'énergie nécessaire au processus. Le faisceau lumineux produit par ce laser frappe un cristal et génère deux autres champs, qui conservent les caractéristiques du laser: une lumière monochrome intense avec des fréquences bien définies. Le système consiste donc maintenant à: trois champs intenses Chaque champ intense couple une paire de champs extrêmement faibles, de sorte que les six champs sont couplés au champ principal.Les corrélations entre eux sont plus fortes que les corrélations possibles si des lasers indépendants sont utilisés. "

L'appareil qui génère les états intriqués, l'oscillateur paramétrique optique, consiste en un petit cristal entre deux miroirs. Le cristal mesure 1 cm de long et la distance entre les miroirs est inférieure à 5 cm. Cependant, comme le refroidissement est une condition nécessaire au processus, le cristal et les miroirs sont placés dans une boîte en aluminium sous vide pour éviter la condensation et empêcher le système de geler.

L'information pouvant être codée par une seule onde est limitée par le principe d'incertitude. Dans ce cas, l'amplitude et la phase de l'onde se comportent comme des analogues de la position et de la vitesse de la particule, les variables considérées par Werner Heisenberg (1901-76) pour formuler le principe.

"Avec l’enchevêtrement, une partie de l’information de chaque vague est perdue, mais les informations globales du système sont préservées, sous une forme partagée", a déclaré Martinelli. "Partage signifie que lorsque nous observons une seule onde, nous sommes informés des cinq autres en même temps. Chaque faisceau va à un détecteur, et cette distribution des informations en unités indépendantes augmente la vitesse de traitement."

Les six vagues constituent un ensemble. Lorsque des informations sont obtenues à partir d'une onde, des informations sont obtenues sur l'ensemble du système. Quand on change, tout le système est changé.

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