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Percée scientifique : un physicien de l’Université d’Ottawa mesure directement les états quantiques de la lumière

OTTAWA, le 5 mars 2013 — Une équipe de chercheurs menée par Robert Boyd, titulaire de la Chaire d’excellence en recherche du Canada sur l’optique non linéaire quantiqueà l’Université d’Ottawa et professeur d’optique et de physique à l’Université de Rochester, vient de faire une découverte révolutionnaire. Le groupe est le premier à mesurer directement les états de polarisation du photon, soit les directions dans lesquelles oscillent les champs de lumière électriques et magnétiques. Ses travaux remettent également en question l’un des grands fondements du principe d’incertitude d’Heisenberg.

Les résultats de ces travaux, publiés cette semaine dans Nature Photonics (en anglais), montrent qu’il est possible de mesurer directement des variables clés, appelées « variables conjuguées », d’une particule ou d’un état quantique. Cette percée confirme que le principe d’incertitude est plus pointilliste que plusieurs le pensent.

La technique de mesure directe fait appel à une petite astuce : il s’agit de mesurer la première propriété de sorte que le système ne sera pas perturbé, et qu’il sera encore possible d’obtenir de l’information sur la deuxième propriété. Cette technique repose sur une mesure « faible » de la première propriété, suivie d’une mesure « forte » de la seconde propriété.

« La possibilité de mesurer directement la fonction d’onde quantique aura sans doute d’importantes répercussions sur la science de l’information quantique, explique Robert Boyd. Les travaux de notre groupe consistent à appliquer cette technique à d’autres systèmes; on pourrait par exemple mesurer la forme d’un état quantique "mixte" (par opposition à un état pur). »

Jusqu’à tout récemment, on n’était parvenu qu’à mesurer indirectement les états quantiques de la lumière, par exemple par la tomographie quantique, long processus nécessitant un post-traitement massif de données. En mesurant directement, les équipes de recherche obtiennent les mêmes renseignements qu’avec la tomographie quantique, mais beaucoup plus rapidement.

Font également partie de l’équipe de recherche le chercheur associé Jonathan Leach et les étudiants de premier cycle de l’Université d’Ottawa Jeff Z. Salvail, Megan Agnew et Allan S. Johnson, ainsi qu’Eliot Bolduc, étudiant diplômé.

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