Des chercheurs proposent de scinder des photons pour créer une nouvelle forme de lumière

Une équipe de chercheurs américains a récemment estimé que le fait de scinder des photons permettrait d’obtenir une particule, théorisée il y a plus de 80 ans mais jamais observée, ouvrant la voie à une toute nouvelle forme de lumière.

Les bosons de Majorana

En 1937, le physicien italien Ettore Majorana avait suggéré que certains électrons, appartenant à une classe de particules appelées fermions, pourraient être divisés en deux particules théoriques : les fermions de Majorana. Il ne s’agirait pas de séparer physiquement les électrons en deux, mais plutôt d’exploiter la physique quantique afin d’obtenir deux particules liées mais suffisamment éloignées l’une de l’autre. Ces deux moitiés feraient toujours partie du même électron, mais pourraient être décrites comme des éléments distincts, à la manière des deux faces d’une pièce de monnaie ou des deux jambes d’un jean.

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Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Physical Review Letters, Lorenza Viola et ses collègues du Dartmouth College sont parvenus à étendre le concept de particules de Majorana aux bosons, une classe de particules qui comprend les photons. Ce que de nombreux physiciens jugeaient auparavant impossible.

Selon l’équipe, la clé pour fabriquer des bosons de Majorana est de permettre à une petite quantité d’énergie de s’échapper du système, plutôt que de la garder isolée et contenue comme cela est nécessaire pour les fermions de Majorana. Pour les photons, le système se résumerait à une chaîne de cavités remplies de paquets quantiques de lumière, aux extrémités de laquelle apparaîtraient les fameuses moitiés de particules (ou bosons de Majorana), créant ainsi une phase entièrement nouvelle de la lumière.

Des implications potentielles pour l’informatique quantique

En raison d’un phénomène connu sous le nom d’intrication quantique, la manipulation de l’une des moitiés du boson affecterait l’état de l’autre, avec des propriétés potentiellement renforcées à mesure que la chaîne s’allonge et que les particules s’éloignent les unes des autres.

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« La lumière pompée à une extrémité d’une telle chaîne de cavités pourrait ressortir de l’autre plus forte qu’elle n’y est entrée, ce qui permettrait de rendre les ordinateurs quantiques moins sensibles aux interférences extérieures », commente Alex Ruichao Ma, de l’université Purdue. « L’utilisation des particules de Majorana pour coder des informations quantiques empêchera leur perte si une seule moitié est détruite. »

Viola et ses collègues ayant pour l’heure uniquement démontré que la création de bosons de Majorana était théoriquement possible, la prochaine étape consistera à essayer de les fabriquer en laboratoire. Selon Ma, si la mise au point d’un petit dispositif visant à tester ces idées sera certainement possible dans un avenir proche, passer à des systèmes plus complexes permettant de les exploiter réellement nécessitera plus de temps.