Researchers discover a new type of quantum entanglement
Des chercheurs découvrent un nouveau type d'intrication quantique
par Technion - Institut de Technologie d'Israël
Conversion se produisant dans un système nanométrique de deux photons en un état intriqué de leur moment angulaire total. Crédit : Shalom Buberman, Shultzo3d
Une étude du Technion dévoile une nouvelle forme d'intrication quantique du moment angulaire total de photons confinés dans des structures nanométriques. Cette découverte pourrait jouer un rôle clé dans la miniaturisation future des composants de communication et de calcul quantiques.
La physique quantique conduit parfois à des prédictions très atypiques. C'est ce qui s'est produit lorsqu'Albert Einstein et ses collègues, Boris Podolsky et Nathan Rosen (qui fondèrent plus tard la Faculté de physique du Technion), ont découvert un scénario dans lequel la connaissance de l'état d'une particule affecte immédiatement l'état de l'autre particule, quelle que soit la distance qui les sépare. Leur article historique de 1935 a été surnommé EPR, du nom de ses trois auteurs (Einstein-Podolsky-Rosen).
L'idée que la connaissance de l'état d'une particule puisse affecter une autre particule située à une très grande distance, sans interaction physique ni transfert d'information, semblait absurde à Einstein, qui l'appelait « action étrange à distance ».
Mais des travaux révolutionnaires menés par un autre chercheur du Technion, le professeur-chercheur Asher Peres de la Faculté de physique, ont montré que cette propriété peut être utilisée pour transmettre de l'information de manière cachée : la téléportation quantique, base de la communication quantique. Cette découverte a été réalisée par le professeur Peres et ses collègues Charles Bennett et Gilles Brassard.
Ce phénomène a ensuite reçu le nom scientifique d'intrication quantique. Pour sa mesure et ses implications, qui incluent la possibilité de l'informatique et de la communication quantiques, le prix Nobel de physique 2022 a été décerné aux professeurs Alain Aspect et Anton Zeilinger, précédemment docteurs honoris causa du Technion, ainsi qu'à leur collègue le professeur John Clauser.
L'intrication quantique a été démontrée jusqu'à présent pour une grande variété de particules et leurs diverses propriétés. Pour les photons, particules lumineuses, l'intrication peut exister pour leur direction de propagation, leur fréquence (couleur) ou la direction de leur champ électrique. Elle peut également exister pour des propriétés plus difficiles à imaginer, comme le moment cinétique.
Cette propriété se divise en spin, lié à la rotation du photon dans le champ électrique, et en orbite, liée à son mouvement de rotation dans l'espace. Ce phénomène est intuitivement similaire à celui de la Terre, qui tourne sur son axe et orbite autour du Soleil selon une trajectoire circulaire.
Il est facile d'imaginer ces deux propriétés rotationnelles comme des grandeurs distinctes, et même comme des photons liés dans un faisceau lumineux bien plus large que leur longueur d'onde. Cependant, lorsque nous essayons d'intégrer des photons dans des structures plus petites que la longueur d'onde photonique – ce qui est l'objectif de la nanophotonique – nous découvrons qu'il est impossible de séparer les différentes propriétés rotationnelles, et que le photon est caractérisé par une seule grandeur : le moment cinétique total.
Alors, pourquoi vouloir intégrer des photons dans des structures aussi petites ? Il y a deux raisons principales à cela. L'une est évidente : cela nous aidera à miniaturiser les dispositifs utilisant la lumière et ainsi à intégrer davantage d'opérations dans une cellule de petite taille, à l'instar de la miniaturisation des circuits électroniques.
L'autre raison est encore plus importante : cette miniaturisation augmente l'interaction entre le photon et le matériau qu'il traverse (ou traverse à proximité), nous permettant ainsi de produire des phénomènes et des utilisations impossibles avec des photons dans leurs dimensions « normales ».
Découvrez les dernières nouveautés en science, technologie et espace avec plus de 100 000 abonnés qui comptent sur Phys.org pour des informations quotidiennes. Inscrivez-vous à notre newsletter gratuite et recevez des informations sur les avancées, les innovations et les recherches importantes, chaque jour ou chaque semaine.
Courriel
Dans une étude publiée dans la revue Nature, les chercheurs du Technion, dirigés par le docteur Amit Kam, étudiant en doctorat, et le Dr Shai Tsesses ont découvert qu'il est possible d'intricer des photons dans des systèmes nanométriques de la taille d'un millième de cheveu. Cependant, l'intrication n'est pas réalisée par les propriétés conventionnelles du photon, telles que le spin ou la trajectoire, mais uniquement par le moment angulaire total.
Les chercheurs du Technion ont révélé le processus que subissent les photons depuis leur introduction dans le système nanométrique jusqu'à leur sortie du système de mesure, et ont constaté que cette transition enrichit l'espace des états dans lesquels les photons peuvent résider.
Lors d'une série de mesures, les chercheurs ont cartographié ces états, les ont intriqués avec la même propriété propre aux systèmes nanométriques et ont confirmé la correspondance entre les paires de photons, signe d'intrication quantique.
Il s'agit de la première découverte d'une nouvelle intrication quantique depuis plus de 20 ans, et elle pourrait conduire à l'avenir au développement de nouveaux outils pour la conception de communications quantiques basées sur les photons.
XXXXXXXXXXXX
RESUME
Les chercheurs découvrent un nouveau type d'intrication quantique.
Une étude du Technion dévoile une nouvelle forme d'intrication quantique dans le moment angulaire total des photons confinés dans des structures nanométriques. Cette découverte pourrait jouer un rôle clé dans la miniaturisation future des composants de communication et d'informatique quantiques.
XXXXXXXXXX
COMMENTAIRES
D'abord pour les elèves :
1/Quelles sont ces nouvelles recherches sur l'intrication quantique ?
L'étude du Technion dévoile une nouvelle forme d'intrication quantique dans le moment angulaire total des photons confinés dans des structures nanométriques.
2/Pourquoi Einstein ne croyait-il pas à la physique quantique ?
Il soutenait que tout caractère aléatoire en mécanique quantique était en réalité épistémique ; il reflétait une méconnaissance du système, même si celui-ci était en réalité totalement déterministe (et local ; l'autre point qui lui posait problème étant « l'action étrange à distance » de l'intrication).
XXXXX
L 'invention du quantum d information serait Alain Aspect
XXXXXXXX
More information: Amit Kam et al, Near-field photon entanglement in total angular momentum, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08761
XXXXXXXX
Journal information: Nature
Provided by Technion - Israel Institute of Technology
Explore further
Novel protocol enables photon entanglement without quantum measur
Aucun commentaire:
Enregistrer un commentaire