La première démonstration de l'intrication quantique à 10 photons établit un nouveau record

L'intrication est le phénomène étrange dans lequel les particules quantiques deviennent si profondément liées qu'elles partagent la même existence. Autrefois rares, les particules enchevêtrées sont devenues monnaie courante dans les laboratoires du monde entier.

Les physiciens ont appris à créer de l'intrication, à la transférer d'une particule à une autre, voire à la distiller. En effet, l'intrication est devenue une ressource en soi et une ressource cruciale pour tout, de la cryptographie et de la téléportation à l'informatique et à la simulation.

Mais un problème important demeure. Pour mener à bien des expériences toujours plus complexes et puissantes, les physiciens doivent produire de l'intrication à des échelles toujours plus grandes en intriquant plus de particules en même temps.

Les chiffres actuels sont cependant dérisoires. Les photons sont les bêtes de somme quantiques dans la plupart des laboratoires et le record du nombre de photons intriqués n'est que de huit, produits à un rythme d'environ neuf événements par heure.

L'utilisation des mêmes techniques pour créer un taux de comptage de 10 photons ne donnerait que 170 photons par an, trop peu même pour être mesurés facilement. Les perspectives d'amélioration semblent donc lointaines.

C'est pourquoi le travail de Xi-Lin Wang et de ses amis de l'Université des sciences et technologies de Chine à Heifu est impressionnant. Aujourd'hui, ils annoncent qu'ils ont produit un enchevêtrement de 10 photons pour la première fois, et ils l'ont fait à un taux de comptage qui est de trois ordres de grandeur supérieur à tout ce qui était possible jusqu'à présent.

Le plus gros goulot d'étranglement dans l'intrication des photons est la façon dont ils sont produits. Cela implique un processus appelé conversion descendante paramétrique spontanée, dans lequel un photon énergétique est converti en deux photons d'énergie inférieure à l'intérieur d'un cristal de borate de bêta-baryum. Ces photons filles sont naturellement intriqués.

En zappant le cristal en continu avec un faisceau laser, il est possible de créer un flux de paires de photons intriqués. Cependant, le taux de conversion vers le bas est infime, juste un photon par billion. Il est donc extrêmement important de collecter efficacement les paires intriquées.

Ce n'est pas une tâche facile, notamment parce que les photons sortent du cristal dans des directions légèrement différentes, dont aucune ne peut être facilement prédite. Les physiciens collectent les photons aux deux points où ils sont le plus susceptibles d'apparaître, mais la plupart des photons intriqués sont perdus.

Xi-Lin et co ont résolu ce problème en réduisant l'incertitude dans les directions des photons. En effet, ils ont pu mettre en forme les faisceaux de photons intriqués pour qu'ils forment deux faisceaux circulaires distincts, qui peuvent être plus facilement collectés.

De cette manière, l'équipe a généré des paires de photons intriqués à raison d'environ 10 millions par watt de puissance laser. C'est plus lumineux que les générateurs d'enchevêtrement précédents d'un facteur d'environ quatre. C'est cette amélioration qui rend possible l'intrication à 10 photons.

Leur méthode consiste à collecter cinq paires de photons intriqués générées successivement et à les faire passer dans un réseau optique de quatre séparateurs de faisceau. L'équipe introduit ensuite des temporisations qui garantissent que les photons arrivent simultanément sur les séparateurs de faisceau et s'enchevêtrent ainsi.

Cela crée l'état intriqué de 10 photons, bien qu'à un rythme d'environ quatre par heure, ce qui est faible mais finalement mesurable pour la première fois. Nous démontrons, pour la première fois, un enchevêtrement authentique et distillable de 10 photons uniques, disent Xi-Lin and co.

C'est un travail impressionnant qui ouvre immédiatement la perspective d'une nouvelle génération d'expériences. La plus excitante d'entre elles est une technique appelée échantillonnage de bosons qui, espèrent les physiciens, prouvera que les ordinateurs quantiques sont vraiment capables de choses que les ordinateurs classiques ne sont pas.

C'est important parce que personne n'a construit un ordinateur quantique plus puissant qu'une calculatrice de poche (mis à part les résultats controversés de D-Wave). Ils ne le feront probablement pas non plus dans un proche avenir. L'échantillonnage de bosons est donc le plus grand espoir des physiciens quantiques qui leur permettra de montrer pour la première fois la puissance époustouflante du calcul quantique.

D'autres choses deviennent également possibles, comme la téléportation quantique de trois degrés de liberté en un seul photon et des expériences multi-photons sur de très longues distances.

Mais c'est la possibilité d'échantillonnage de bosons qui enverra un frisson dans la communauté de la physique quantique.

Réf : arxiv.org/abs/1605.08547 : Enchevêtrement expérimental à dix photons

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