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Le monde selon la physique ( w 43) : un record :100000 photons intriqués !!!!

Publié le 29 octobre 2012 par 000111aaa

Cette semaine nous apporte une remarquable nouvelle  dans notre monde de la Physique : l intrication de 100000  PHOTONS !

Ce phénomène  qui passionne tant un de mes lecteurs ( D.MAREAU)  reste dans le coin des bizarreries  encore pas complétement expliquées : la «  non –localité quantique »  et son corolaire l’intrication :  l'état quantique de deux objets doit être décrit globalement, sans pouvoir séparer un objet de l'autre, bien qu'ils puissent être spatialement très séparés

Par conséquent je ne peux éviter de vous donner ma traduction complète  de l’article de Hamish Johnston  et je vous donnerai en prime la traduction du premier commentaire de ASGHAR  et demain mes idées sur les limites de ce phénomène si étrange révélé par EINSTEIN / PODOLSKI /ROSEN

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Des impulsions de lumière comprenant environ 100.000 photons intriqués ont été créés par des physiciens en Allemagne et en Russie. Les impulsions ont été réalisées  dans un  «  état de "squeezed-vacuum"  ( je vous ai  donné hier un extrait de mon cours pour vous définir ce que c’était )   et que l'équipe a constaté que l'intrication devrait devenir d’autant plus forte que le nombre de photons du paquet augmentait . De tels types d’ impulsions pourraient trouver une utilisation dans des technologies telles que la cryptographie quantique ou la métrologie.

L'intrication est un effet quantique qui permet à des particules telles que des photons d'avoir une relation beaucoup plus étroite que celle prédite par la physique classique. Par exemple, deux photons peuvent avoir été  créés expérimentalement, de sorte que si l'un d’eux  est mesuré comment étant polarisé dans le sens vertical, une mesure de l'autre révélera la même polarisation. Cela se produit malgré le fait qu'une mesure exécutée sur un seul photon  révéle une valeur aléatoire de la polarisation. Si une telle corrélation peut donc se produire dans le monde non-quantique, la mécanique quantique  renforce le lien au-delà de ce qui est attendu par la physique classique. Cette inadéquation entre les mondes quantique et classique a été décrite succinctement par le  physicien d’Irlande du Nord John Bell en 1964 et a été confirmée par toute une série d'expériences réalisées dans les années 1970 et 1980.

A L  heure actuelle  Maria Chekhova et ses collèges de l'Institut Max Planck pour la science de la lumière et ceux de l'Université de Moscou ont créé de tels  états quantiques i pour  un plus grand nombre de 100.000 photons, qui sont tous intriqués entre eux  …..

Mise en œuvre de cristaux non linéaires

L'expérience de l'équipe commence par le tir d'une impulsion laser dans un séparateur de polarisation, ce qui crée deux impulsions avec des polarisations différentes. Ceux-ci sont tirés sur deux cristaux non linéaires et «pompent» les cristaux.Grace  à la nature des cristaux non linéaires, un tel photon  par cette  impulsion  de pompage  peut se  décomposer   en une paire de photons intriqués avec la même polarisation - mais avec des énergies différentes (A et B). Un photon est dans l’infrarouge tandis que l'autre est dans la plage visible du spectre électromagnétique.

La décomposition initiale dans le cristal se produit spontanément et du fait que la première paire de photons se déplace à travers le cristal cela  stimule l'émission d’ autres paires de photons. La cascade qui s’ensuit va produire une impulsion d’un paquet de  photons qui se trouvent tous dans ce qu'on appelle un " état de squeezed vacuuum » ( voir ma note d’hier ). L'impulsion du paquet créé  est conditionné ainsi car le nombre de photons en état de A et de  B  se révèle  encore plus précisément corrélé que celui de deux impulsions laser typiques d’énergie égale. La partie de la définition concernant le vide réside dans le fait que l'impulsion  démarre  spontanément avec zéro photons - c’est à dire l'état de vide.

Les impulsions de photons intriqués   issues de chaque cristal sont ensuite recombinées dans un deuxième séparateur de faisceau polarisant afin de créer une impulsion unique qui est alors non polarisée. Cette impulsion est manipulée à l'aide d'une "lame dichroïque", qui fait tourner la polarisation des photons d'une énergie – disons A - de 90 degrés par rapport à la polarisation des photons à énergie B. Le résultat final est une impulsion de photons intriqués  qui  se trouve être   un  singulet en " état macroscopique  de BELL "- Et si la polarisation du photon A est mesurée comme verticale, la polarisation du photon B sera horizontale et vice versa. Cette propriété de corrélation des polarisations est valable pour n’importe quel choix des états de polarisation: si A est un photon polarisé circulairement à droite, par exemple,alors  le photon B est polarisé circulairement à gauche et ainsi de suite.

Mesure de l'intrication

Le prochain défi pour l'équipe est de savoir comment montrer que les photons sont en effet intriqués. Cela se fait en faisant passer l'impulsion finale à travers un séparateur de faisceau polarisé , qui envoie les photons avec la polarisation horizontale vers un détecteur de photons et  ceux avec une polarisation verticale, vers un second détecteur.

Le nombre total de photons dans chaque impulsion est compté par les détecteurs et la mesure par  laquelle on sait si l’impulsion   est intriquée peut être déterminée par la détermination des corrélations entre les signaux  reçus dans les deux détecteurs. L'équipe n'a pas été en mesure de tester l'intrication  en  utilisant l'inégalité de Bell parce que la  norme de  l'inégalité de Bell n'est valable que pour les paires de photons et n'est pas applicable dans ce cas. La dérivation de l'inégalité de Bell macroscopique reste donc  encore un défi. Cependant, l'équipe a pu établir une intrication  en  utilisant la "condition de séparabilité» qui s'applique à de tels systèmes. L'analyse a révélé que les impulsions ont un plus grand degré de corrélation  ,supérieur à celui admis par la physique classique et qu’ elles sont donc intriquées.

Encore plus de photons, encore plus  d intrication !

Les chercheurs ont également calculé un paramètre de l'impulsion appelé "nombre de Schmidt", qui est une mesure du degré d'intrication  dans les impulsions. Ils ont constaté que  ce degré augmente  numériquement  comme le nombre moyen de photons dans l'impulsion. Selon l'équipe, ceci   signifie que impulsions  les plus lumineuses sont plus intriquées  que leurs homologues plus faibles.

Xiao-Qi Zhou de l'Université britannique de Bristol décritcette mise en place comme «une méthode très intelligente pour détecter l'intrication dans un tel état photonique très grand". Il ajoute: «Les gens savaient qu'un grand état de squeezed vacuum »était enchevêtré, mais ne savait pas comment le prouver expérimentalement."

Zhou estime que l'application la plus prometteuse d’uns impulsionainsi intriquéeseraune "métrologie quantique pratique". Les exemples incluent la microscopie de phase et les gyroscopes optiques.

Chekhova dit que de telles impulsions peuvent également être utilisées pour les clés quantiques de répartition (QKD), qui utilisentune intrication de permettre à deux parties d'échanger dans le secret des informations codées. "L'information quantique pourrait être encodéepar exemple dans le nombre des photons, etalors desfaisceaux A et B seraient distribués aux deux utilisateurs», explique t-elle. "Ce protocole serait semblable au célèbre protocole Ekert [QKD], basé sur des paires de photons, mais ici, l'alphabet utiliséseraitplus grand», a t-elle ajouté

.La recherche est publiée dans Physical Review Letters.

À propos de l'auteur Hamish Johnston est l'éditeur de physicsworld.com

 5 commentaires et je traduit celui de 1 M. AsgharOct 25, 2012 17:10

« Admirable!

En commençant par une impulsion lasercorrélée , ellese diviseen deux impulsions différentes ayant des polarisations différenteset en continuant pardes tirs séparément dans deux cristaux non linéaires onles divise spontanément en deux photons avec des énergies différentes, mais avec la même polarisation. Comme cette paire continue àse déplacer plus loin dans chaque cristal, elle "stimule" une cascade d'émission d'autres paires similaires corrélées ( en état de vide squeezed). Enfin, après quelques autres opérations, on finit dans «l'état de Bell macroscopique»c’est à dire de 10 ^ 5 photons intriqués (l’état normal Bell n’ estque pour une paire), et on restejuste le souffle coupé d'admiration! »

Mailgré tous mes efforts , et sans vouloir revenir en grande doc à Saclay je n’ai pas pu vous donner la photo de la manip de  Maria   CHEKHOVA VOICI LES AUTRE ARTICLES QUE JE VOUS LAISSE TRADUIRE

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DEMAIN LA SUITE DE L INTRICATION ET DE LA DECOHERENCE


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