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Imager l’interférence de photons intriqués de dimensionalité géante

Une équipe d’opticiens a développé un dispositif d’imagerie permettant la résolution spatiale et temporelle du phénomène d’interférence quantique entre des paires de photons intriqués. Ces travaux ouvrent la voie au développement de protocoles d’information à très haute dimension

Dans un système de traitement de l'information quantique (transmission, calcul...), le nombre d'états possibles du système (sa dimensionnalité) conditionne la capacité de traitement en parallèle, et finalement sa puissance. Or, jusqu'ici, les dispositifs d'interférence dite de Hong-Ou-Mandel (HOM) à deux photons intriqués n'utilisent que des détecteurs ponctuels (des photodiodes) sans résolution spatiale, alors que l'intrication concerne toutes les propriétés des photons jumeaux, y compris leur position dans l'espace.

Un dispositif mis au point par une équipe de l'Institut FEMTO-ST permet d'exploiter la grande dimensionnalité spatio-temporelle de milliers de paires de photons intriqués. Dans l'interféromètre conçu par les chercheurs, en se basant sur leur savoir-faire en imagerie quantique, les détecteurs ponctuels ont été remplacés par des capteurs CCD matriciels sensibles aux photons uniques.

Grâce à ce dispositif, qui permet de contrôler temporellement, spatialement, en polarisation et en longueur d’onde, l’indiscernabilité entre les photons d’une paire, ils ont observé et quantifié l’interférence HOM de plus de 4000 paires photons intriqués de grande dimensionnalité spatiale et temporelle (dimensionnalité spatio-temporelle totale des photons intriqués de l’ordre de 3 millions).

En démontrant que l'interférence HOM peut être obtenue en manipulant des états quantiques de dimensionnalité géante, cette expérimentation ouvre la voie au développement de protocoles d'information quantique à très haute dimension utilisant des variables spatiales et temporelles.

Ces travaux viennent d’être publiés dans la revue Physical Review X et sont mis en avant dans l’actu de l’INSIS/CNRS

Contact : Fabrice Devaux

Référence :

Imaging spatio-temporal Hong-Ou-Mandel interference of biphoton state of extremely high Schmidt number, F. Devaux, A. Mosset P.A. Moreau, et E.Lantz .
Physical Review X, 2020.
DOI : 10.1103/PhysRevX.10.031031