Représentation artistique de l’interférence quantique entre un état thermique et un état paramétrique à photon unique annoncé. Crédit : IOP
Finding offre de nouveaux points de départ pour la recherche sur les systèmes d’information quantique photonique.
Une équipe internationale de chercheurs de l’Université Leibniz de Hanovre (Allemagne) et de l’Université de Strathclyde à Glasgow (Royaume-Uni) a réfuté une hypothèse antérieure concernant l’impact des composants multiphotoniques dans les effets d’interférence des champs thermiques (par exemple la lumière du soleil) et des photons uniques paramétriques ( générés dans des cristaux non linéaires).
« Nous avons prouvé expérimentalement que l’effet d’interférence entre la lumière thermique et les photons uniques paramétriques conduit également à une interférence quantique avec le champ de fond. Pour cette raison, l’arrière-plan ne peut pas être simplement négligé et soustrait des calculs, comme cela a été le cas jusqu’à présent », déclare le professeur Michael Kues, directeur de l’Institut de photonique et membre du conseil d’administration du cluster d’excellence PhoenixD. à l’Université Leibniz de Hanovre.
De nouvelles perspectives sur la photonique
La scientifique principale était la doctorante Anahita Khodadad Kashi, qui effectue des recherches sur le traitement de l’information quantique photonique à l’Institut de photonique. Elle a étudié comment la visibilité de ce que l’on appelle l’effet Hong-Ou-Mandel, un effet d’interférence quantique, est affectée par la contamination multiphotonique.
« Grâce à notre expérience, nous avons réfuté l’hypothèse précédemment valable selon laquelle les composants multiphotoniques ne feraient que nuire à la visibilité et pourraient donc être soustraits dans le calcul », explique Khodadad Kashi et poursuit : « Nous avons découvert une nouvelle caractéristique fondamentale qui n’avait pas été prise en compte dans les calculs précédents. . Notre modèle nouvellement développé peut prédire l’interférence quantique et nous pouvons mesurer cet effet dans une expérience.
Comment de nouvelles connaissances sont créées
Les scientifiques ont fait leur découverte en menant une expérience dans le laboratoire laser. Ils ont obtenu un résultat négatif lorsqu’ils ont initialement suivi la méthode de calcul originale. « Mais le résultat aurait été physiquement impossible », explique Khodadad Kashi. Ensemble, l’équipe a commencé à dépanner la configuration expérimentale et le modèle de calcul.
« Lorsqu’une expérience s’avère très différente de ce à quoi on s’attendait, les scientifiques commencent à remettre en question les hypothèses précédentes et recherchent de nouvelles explications », explique Kues.
Ils ont développé conjointement leur nouvelle théorie de l’interférence quantique des champs thermiques avec des photons uniques paramétriques. La chercheuse quantique Lucia Caspani de l’Université de Strathclyde à Glasgow a été la première à tester cette approche. Khodadad Kashi a ensuite présenté sa théorie et les résultats expérimentaux lors de conférences internationales, notamment Photonics West à San Francisco, la plus grande conférence spécialisée au monde en optique et photonique, attirant environ 22 000 participants. Là, elle a discuté de son modèle avec d’autres scientifiques et a reçu la confirmation de ses résultats. Le journal Lettres d’examen physique a maintenant publié les recherches de l’équipe.
Grâce à la nouvelle théorie et à la vérification expérimentale, l’équipe de Kues a apporté une contribution importante à une meilleure compréhension des phénomènes quantiques. « Les résultats pourraient être importants pour la distribution des clés quantiques, qui est nécessaire pour sécuriser les communications à l’avenir, en particulier pour la manière dont les effets d’interférence quantique sont interprétés pour la génération de clés secrètes », explique Khodadad Kashi. Cependant, de nombreuses questions restent sans réponse, explique Kues : « Peu de recherches ont été menées sur les effets multiphotoniques, donc beaucoup de travail reste à faire. »
La recherche a été soutenue par le Conseil européen de la recherche dans le cadre du Starting-Grant-Project QFreC. Le professeur Michael Kues est directeur de l’Institut de photonique et membre du conseil d’administration du pôle d’excellence PhoenixD : Photonique, optique et ingénierie – Innovation interdisciplinaire à l’Université Leibniz de Hanovre, en Allemagne. Le pôle de recherche PhoenixD comprend environ 120 scientifiques travaillant sur de nouvelles optiques intégrées. La Fondation allemande pour la recherche (DFG) finance PhoenixD à hauteur d’environ 52 millions d’euros de 2019 à 2025.
