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Des mesures quantiques non destructives

Les mesures dans lesquelles l'état du système mesuré ne change pas (c'est-à-dire qu'il n'est pas «démoli») constituent souvent une bonne approximation concernant les particules à l'échelle quantique. Leur réalisation (qui constitue l'objectif d'une initiative financée par l'UE) nécessite des efforts dans le cas des photons.
Des mesures quantiques non destructives
Lorsque des physiciens effectuent des mesures sur les photons, le procédé perturbe ces systèmes à l'échelle quantique. Alors que la perturbation minimum permettrait d'effectuer des mesures multiples et d'obtenir approximativement le même résultat, la plupart des mesures réelles entraînent des perturbations plus importantes que ce minimum idéal.

Dans le cadre du projet ONDEQUAM (Optimal non-demolition quantum measurements), financé par l'UE, des physiciens ont fait la démonstration d'une nouvelle manière de faire des mesures «idéales». Les mesures quantiques non destructives permettent de détecter des particules simples de manière répétée sans les détruire.

Par rapport au schéma traditionnel, les physiciens ont montré que leur méthode adaptative était 45 % plus rapide pour mesurer le nombre de photons à l'intérieur d'une cavité superconductrice d'ultra-haute finesse. Cela est particulièrement important dans le cas d'un champ de photons en décomposition.

Pour effectuer des mesures non destructives du nombre de photons, l'équipe ONDEQUAM a utilisé un interféromètre de Ramsey pour détecter les changements de phase par lesquels passent les atomes lorsqu'ils traversent la cavité. La quantité d'informations que chaque atome sonde extrait dépend du changement de phase et de l'orientation de l'interféromètre.

Une analyse avant-arrière du nombre de photons est ensuite effectuée pour améliorer l'efficacité des mesures quantiques non destructives. En évaluant des données a posteriori correspondant au futur de l'état en cours, les physiciens ont pu réduire de manière significative le niveau de bruit.

La méthode ONDEQUAM lève les ambiguïtés sur le nombre de photons que l'on retrouve dans les mesures non destructives standard des photons en résultat de la lecture périodique des phases des atomes sondes. Par ailleurs, la résolution temporelle des mesures de photons est grandement améliorée.

La réalisation de mesures quantiques non destructives de photons, même si elle représente un défi, pourrait aboutir au développement de nouvelles technologiques d'informatique quantique. Si les retours des systèmes quantiques pouvaient également être mis en œuvre, les physiciens pourraient imaginer utiliser ces systèmes pour des simulations quantiques et des calculs quantiques.

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Mots-clés

Mesures quantiques non destructives, photons, ONDEQUAM, interféromètre de Ramsey, informations quantiques
Numéro d'enregistrement: 190862 / Dernière mise à jour le: 2017-01-16