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Des physiciens découvrent une nouvelle façon d’enchevêtrer la lumière et le son

Cette approche pourrait rapprocher encore davantage les mondes classique et quantique

Lumiere Son

L’enchevêtrement quantique, qui consiste à corréler plusieurs particules non mesurées afin que leurs propriétés se manifestent instantanément de manière liée, est un concept bien établi. Cette intrication permet que, si l’on mesure une particule, l’état de l’autre soit instantanément déterminé, même si elles sont éloignées. Dans une nouvelle étude publiée dans Physical Review Letters, des chercheurs ont proposé une approche audacieuse pour enchevêtrer deux particules très différentes : un photon (particule de lumière) et un phonon (particule associée à une onde sonore).

L’intrication optoacoustique 

Les scientifiques Changlong Zhu, Claudiu Genes et Birgit Stiller, de l’Institut Max-Planck pour la science de la lumière en Allemagne, ont nommé leur découverte « intrication optoacoustique ». Ce système hybride crée une forme d’intrication entre des particules de nature distincte, et offre une résistance unique au bruit externe, un des principaux défis de la technologie quantique. Cela constitue un progrès majeur pour des dispositifs quantiques plus stables.

L’intrication quantique présente un grand potentiel pour des applications en communication et en informatique quantiques à haute vitesse. Les particules intriquées, en raison de leurs propriétés particulières avant et après la mesure, sont idéales pour des usages variés, comme le cryptage ou les algorithmes rapides. Cependant, la fragilité de leur état quantique représente un obstacle majeur à leur application pratique.

Pour surmonter ce défi, les chercheurs explorent diverses pistes. L’une de ces approches consiste à augmenter la dimensionnalité des systèmes intriqués ou à y ajouter plus de particules. Mais une solution viable pourrait combiner plusieurs méthodes. Ainsi, plus de solutions disponibles offrent plus de chances de trouver celle qui fonctionne.

Un système robuste et innovant

En associant deux particules aussi distinctes que la lumière et le son, cette méthode surmonte des obstacles importants. Les photons, rapides et énergétiques, contrastent avec les phonons, plus lents et à basse énergie. Pourtant, grâce à un processus appelé diffusion Brillouin, les chercheurs ont trouvé un moyen de les intriquer efficacement. Ce phénomène se produit lorsque la lumière interagit avec des ondes sonores générées par la chaleur à l’échelle atomique dans un matériau spécifique.

Dans leur modèle, les scientifiques utilisent un guide d’ondes actif à l’état solide, conçu pour induire la diffusion Brillouin. À l’intérieur de ce dispositif, des impulsions de lumière laser et des ondes acoustiques interagissent dans une structure photonique. Cette configuration permet aux photons et aux phonons de se déplacer ensemble, malgré leurs différences de vitesse et d’énergie. 

La lenteur relative du phonon crée un environnement propice à l’intrication, même à des températures supérieures à celles habituellement requises. Contrairement aux approches classiques, souvent limitées à des environnements cryogéniques coûteux, cette innovation pourrait être appliquée plus largement grâce à des exigences techniques allégées.

Des applications prometteuses

Les chercheurs soulignent que des études supplémentaires sont nécessaires, mais que les résultats sont prometteurs. Ils estiment que l’intrication optoacoustique pourrait offrir de nouvelles possibilités pour des applications telles que la métrologie quantique, la téléportation quantique, ou encore la communication quantique assistée par intrication.

De plus, sa capacité à fonctionner sur une large gamme de fréquences optiques et acoustiques ouvre des possibilités pour de nouvelles formes de calcul et de stockage quantiques. Par ailleurs, une expérience étrange montre que la lumière peut projeter sa propre ombre.

Par Eric Rafidiarimanana, le

Source: Science Alert

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