Quantum Zeno Effect permet une commutation « sans interaction »

L'effet zéno quantique est l'une des conséquences les plus étranges et les plus fascinantes de la mécanique quantique. Il offre une manière surprenante et contre-intuitive de contrôler les systèmes quantiques qui passent d'un état à un autre.

Cela semble utile, mais la capacité d'exploiter l'effet zénon quantique a jusqu'à présent échappé aux physiciens. Maintenant, Yu-Ping Huang et ses amis de la Northwestern University à Evanston, dans l'Illinois, disent qu'ils ont trouvé comment utiliser l'effet zénon quantique pour créer un commutateur sans interaction.

D'abord un peu plus sur l'effet lui-même. Imaginez un photon à l'état 0 qui a une certaine probabilité de se désintégrer dans l'état 1. Effectuez maintenant une série de mesures périodiques sur le photon. Entre les mesures, le photon évolue vers un état de superposition 0 et 1 et une mesure le fera s'effondrer dans l'un ou l'autre de ceux-ci.

Cependant, si le temps entre les mesures est petit, les chances qu'il s'effondre pour former un 1 sont plus faibles que les chances qu'il devienne un 0. Et si les mesures périodiques sont faites assez rapidement, la probabilité qu'une mesure produise un 1 tend à zéro.

En effet, le processus de mesure répétée empêche le photon de passer d'un 0 à un 1. C'est l'effet zénon quantique, parfois aussi appelé effet de pot surveillé qui ne bout jamais.

Maintenant, Huang et ses collègues ont mis au point un schéma qui exploite cet effet pour créer un commutateur. L'idée de base est de prendre une onde de signal à l'état 0 qui se désintégrera ou évoluera vers un 1 lorsqu'elle la traversera à travers un guide d'onde non linéaire.

Cependant, Huang et ses amis soulignent que la mesure de la vague empêchera cette évolution. Ils disent qu'ils peuvent effectuer cette mesure en faisant interagir l'onde de signal avec une autre onde de contrôle.

Ainsi, la présence de l'onde de contrôle maintient l'onde du signal dans un état 0 tandis que l'absence des ondes de contrôle fait passer l'onde du signal à 1. Et c'est tout : un commutateur tout optique qui est sans interaction car c'est l'absence de l'onde de commande qui provoque le basculement.

Le potentiel de cet appareil est intéressant car il offre un certain nombre d'avantages importants par rapport aux commutateurs tout optique conventionnels. Premièrement, ce type de commutateur doit fonctionner à une puissance extrêmement faible puisqu'il n'y a pas de perte de signal associée au processus de commutation. Cela contraste fortement avec d'autres types de commutation où les pertes optiques sont une limitation importante des performances de commutation.

Deuxièmement, l'état quantique de l'onde de signal est préservé. C'est un gros problème. Si ce type de commutateur fonctionne dans la pratique, il pourrait devenir le cœur des routeurs quantiques qui rendront possible une sorte d'internet quantique.

Il est encore tôt, cependant. Huang et ses collègues n'ont jusqu'à présent étudié les propriétés de leur appareil que théoriquement et d'autres sont sur leurs talons et peut-être en avance sur eux.

Ce qui est sûr, c'est que nous entendrons probablement beaucoup plus parler des commutateurs zeno. Les travaux de cette équipe sont financés par un projet appelé programme Zeno-Based Optoelectronics mis en place par la Defense Advanced Projects Agency. Cet article est l'un des premiers à sortir ce programme. Les vrais appareils ne devraient pas être loin derrière.

Réf : arxiv.org/abs/1008.2408 : Commutation tout optique sans interaction via l'effet Quantum-Zeno

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