La première mémoire quantique qui enregistre la forme d'un seul photon dévoilée en Chine

Les photons sont les chevaux de bataille de la communication moderne. À l'heure actuelle, ils transportent généralement des informations sous forme d'impulsions lumineuses composées de nombreux photons, mais les physiciens sont déjà capables d'utiliser des photons uniques à la place, encodant les données dans leur structure même.

Une façon de le faire est d'utiliser le moment angulaire orbital du photon, une mesure de son hélicité. Ainsi, au lieu de voyager comme une onde plate ordinaire, le photon peut être considéré comme une hélice gauche ou droite tordue à des degrés divers.

Les physiciens peuvent utiliser cette maniabilité et la quantité de torsion pour coder des données dans la forme et la structure mêmes du photon lui-même. Cela présente de grands avantages par rapport à la façon dont les physiciens exploitent les photons aujourd'hui.

La façon conventionnelle dont les physiciens procèdent est d'utiliser la polarisation. Un photon peut avoir deux états de polarisation distincts : horizontal ou vertical. Il est simple de créer des photons dans un état ou dans l'autre et de les utiliser pour coder des données.

Le grand avantage du moment angulaire orbital est qu'un photon peut être produit dans un nombre infini d'états différents de maniabilité et de torsion. Cela signifie qu'un seul photon peut transporter une quantité arbitrairement grande d'informations, en principe du moins.

Il n'est donc pas surprenant que les chercheurs explorent avec impatience les moyens de créer et de détecter des photons avec des structures spatiales variables qui peuvent transporter des informations.

Mais ce qui leur manquait, c'est un moyen de stocker ces photons, y compris leur forme et leur structure détaillées, puis de les relâcher plus tard.

Aujourd'hui, Dong-Sheng Ding et des amis de l'Université des sciences et technologies de Chine à Hefei disent qu'ils ont résolu ce problème pour la première fois.

Ces gars-là ont généré un seul photon avec une structure spatiale complexe, stocké ce photon dans un nuage d'atomes de rubidium, puis l'ont libéré jusqu'à 400 nanosecondes plus tard. Dans leur expérience, ils comparent la structure des photons qui sortent du stockage avec la structure des photons qui entrent et disent qu'ils sont plus ou moins identiques. La structure spatiale du photon est très bien conservée, disent-ils.

C'est une avancée potentiellement importante. D'autres groupes ont fait des tentatives similaires pour stocker des photons de cette manière, mais uniquement en utilisant des faisceaux laser si faibles qu'ils contiennent probablement un seul photon à tout instant. Cependant, il n'y a aucun moyen d'être certain que les expériences impliquent définitivement des photons uniques.

Dong-Sheng et ses collègues améliorent cela en créant leurs photons individuellement, en utilisant un processus connu sous le nom de mélange spontané à quatre ondes. Cela signifie qu'ils peuvent être sûrs que les expériences impliquent des photons uniques plutôt qu'un ensemble de photons. Nous rapportons la première réalisation expérimentale de stockage d'un véritable photon unique portant un moment angulaire orbital dans un ensemble atomique froid, disent-ils.

La capacité de stocker et de libérer des photons uniques est l'une des technologies habilitantes pour un Internet quantique. Ces dispositifs de stockage quantique sont la clé des routeurs quantiques. De toute évidence, les mémoires qui peuvent préserver la structure spatiale des photons rendront ce type de routeur, et Internet qu'il permet, beaucoup plus flexible et capable.

Bien sûr, les technologies qui finiront par créer l'Internet quantique du futur dépendront de nombreux autres facteurs, notamment une bonne dose de chance. Mais étant donné les nombreuses avancées dans ce domaine réalisées par les laboratoires chinois ces dernières années, seul un imbécile parierait contre la technologie chinoise jouant un rôle important dans la façon dont nous communiquons quantique à l'avenir.

Réf : http://arxiv.org/abs/1305.2675 : Mémoire d'images quantiques à un seul photon basée sur des ensembles atomiques froids

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