laboratoire pierre aigrain
électronique et photonique quantiques
 
laboratoire pierre aigrain
 

PUBLICATION

A quoi ressemble la lumière dans une boîte qui ne peut avoir un certain nombre de photons ?


La lumière émise par un laser, dans le visible, ou par un téléphone portable, dans la gamme micro-onde, se décrit classiquement sous la forme d’une onde. On sait cependant que la lumière peut tout aussi bien être décrite comme un ensemble de corpuscules : les photons. Pour révéler ce caractère granulaire, on peut par exemple utiliser un photo-compteur. Si la plupart de ces appareils absorbent l‘énergie lumineuse, rendant impossible toute manipulation ultérieure du champ de lumière, on peut aussi compter les photons sans les détruire grâce à des objets sensibles à leur nombre.
En sondant un circuit supraconducteur dans une cavité, les chercheurs du laboratoire Pierre Aigrain ont ainsi pu déterminer si la cavité contient un nombre donné de photons micro-ondes. Cette méthode a permis par le passé de mesurer la probabilité d’obtenir un nombre de photons lorsque la cavité est soumise à un champ ondulatoire classique.
L’expérience devient contre-intuitive si cette mesure est répétée fréquemment. En posant de manière continue la question « Y a-t-il 4 photons dans la cavité ? », les chercheurs ont montré qu’il est possible d’interdire à la cavité de contenir 4 photons du moment que la première réponse est non ! C’est l’effet Zenon quantique de la lumière. Sous cette contrainte, la dynamique du champ est complètement bouleversée. En irradiant la cavité à résonance, le champ créé dans la cavité n’est plus une onde classique. Il devient alors une superposition de deux ondes opposées au lieu d’une seule, ce que l’on appelle un chat de Schrödinger de la lumière. Cette nouvelle technique de contrôle des propriétés quantiques de la lumière pourrait s’appliquer au développement d’ordinateurs quantiques. Ces résultats font l’objet d’une publication dans la revue Science de mai 2015.

Quantum dynamics of an electromagnetic mode that cannot contain N photons
L. Bretheau, P. Campagne-Ibarcq, E. Flurin, F. Mallet, and B. Huard
Science 15 May 2015 : 776-779.