Une mesure équilibrée des états quantiques de la lumière

Les technologies mécaniques quantiques devraient permettre la création d'ordinateurs quantiques puissants alors que la cryptographie quantique favoriserait l'apparition de codes inviolables. Mais pour qu'ils fonctionnent, il faut pouvoir mesurer efficacement l'état quantique de particules telles que les photons ou les atomes.

Les champs électromagnétiques présentant des propriétés quantiques sont généralement faibles. Les fréquences d'oscillation s'élèvent à plusieurs centaines de térahertz. Aucun détecteur ne peut suivre des changements aussi rapides. Mais une technique autorise une mesure sensible aux phases des fluctuations quantiques du champ électrique grâce à des détecteurs «lents» standard. Il s'agit de la détection homodyne équilibrée.

Dans le cadre d'un projet financé par l'UE CV-QDAPT (Continuous-variable quantum detector and process tomography), des chercheurs ont mis au point un nouveau moyen de calibrer les détecteurs des états quantiques de la matière et de la lumière. Cela leur a permis de calibrer un détecteur homodyne équilibré, une première, notamment en raison du nombre considérable de résultats possibles en présence de ce type d'appareil.

Les chercheurs du projet CV-QDAPT ont utilisé une méthode appelée «ajustement des schémas de données» pour calibrer un détecteur avec plus de 150 résultats, à savoir un ordre de grandeur supérieur à n'importe quel détecteur bien caractérisé. Pour ce faire, le détecteur a été testé avec des états connus et cohérents pour la lumière, lesquels ont pu être obtenus à l'aide d'un laser dont les propriétés avaient été vérifiées selon différentes méthodes.

Le détecteur ainsi calibré a été utilisé pour caractériser plusieurs états quantiques d'impulsions optiques. Les résultats de cette estimation de l'état quantique ont confirmé la validité des modèles théoriques existants pour la détection homodyne équilibrée.

Les chercheurs du projet CV-QDAPT ont également démontré que, outre le fait qu'elle permet de calibrer des détecteurs quantiques complexes pouvant être utilisés pour l'estimation des états non classiques de la lumière, la méthode des schémas de données autorise une tomographie des processus quantiques.

La nouvelle technique démontrée par le projet CV-QDAPT vient compléter l'approche existante de la tomographie de l'état quantique et les méthodes de caractérisation indépendante des détecteurs quantiques. Les chercheurs s'attendent également à des applications dans le cadre des systèmes quantiques autres que la lumière.