25 juin 2013 1 Intrication electron‐photon : un nouveau pas vers l’ordinateur quantique Marc Leconte Membre emerite de la SEE La physique quantique, depuis pres de 80 ans, n’a cesse d’etre une source d’innovations technologiques qui ont peu a peu envahi de nombreux domaines professionnels et grand public comme le transistor ou plus recemment le laser. Dans les annees 1980, les experiences d’Alain Aspect ont permis d’observer le phenomene de l’intrication de deux photons, theorise par E Schrodinger en 1935, qui n’a plus des lors ete considere comme un phenomene purement theorique et paradoxal 1 n’ayant pas d’existence reelle. Aujourd’hui, de nombreuses experiences de laboratoire confinent des atomes, des electrons ou des photons dans des etats dit intriques. Cette propriete typiquement quantique est au cœur d’un grand nombre d’experiences de laboratoire qui tentent d’observer le com
25 juin 2013 1 Intrication electron‐photon : un nouveau pas vers l’ordinateur quantique Marc Leconte Membre emerite de la SEE La physique quantique, depuis pres de 80 ans, n’a cesse d’etre une source d’innovations technologiques qui ont peu a peu envahi de nombreux domaines professionnels et grand public comme le transistor ou plus recemment le laser. Dans les annees 1980, les experiences d’Alain Aspect ont permis d’observer le phenomene de l’intrication de deux photons, theorise par E Schrodinger en 1935, qui n’a plus des lors ete considere comme un phenomene purement theorique et paradoxal 1 n’ayant pas d’existence reelle. Aujourd’hui, de nombreuses experiences de laboratoire confinent des atomes, des electrons ou des photons dans des etats dit intriques. Cette propriete typiquement quantique est au cœur d’un grand nombre d’experiences de laboratoire qui tentent d’observer le com
40 Z REE N°2/2018 Fondement et etapes des technologies quantiques Les technologies de l’ordinateur quantique et du chiffrement quantique L'ARTICLE INVITE MARC LECONTE Membre emerite de la SEE L es theories quantiques ont ete formulees dans les annees 1930. Elles ont permis a partir des annees 60 le fantastique develop- pement du laser mais on assiste seulement maintenant a l’emergence d’un ensemble de technolo- gies utilisant ce qui constitue le cœur de la theorie quan- tique : le phenomene d’intrication. Nous verrons en effet dans cet article que les applications de la theorie quantique se sont developpees en plusieurs phases. La premiere phase a la fin des annees 50, a vu le de- veloppement du laser dont l’utilisation a permis la deuxieme phase. Nous allons montrer comment certaines proprietes conceptuelles deduites de la theorie, d’experiences de pen- see et d’experiences reelles sont au cœur de la deuxieme revolution des technologies quantiques que nous vivons au- jourd’hui. Le principe de superposition est a la base de l’infor- r r matique et du calcul quantiques cependant que le theoreme de Bell, l’intrication sont
Les dernières décennies de recherche en physique quantique ont permis de mettre en évidence, puis de maîtriser, la superposition quantique et l’intrication. Il est aujourd’hui possible de manipuler et d’intriquer des photons, des atomes et même des atomes dits « artificiels », sculptés avec les outils de la micro-électronique. Cette maîtrise inédite ouvre la voie à de multiples applications, dont le calcul quantique. Ce livre décrit les débuts de cette aventure, où recherche fondamentale et innovation technologique avancent de concert. C’est un domaine en plein essor, où technique et esthétique se mêlent à des ambitions scientifiques extrêmes et à une concurrence intense.
Cryptographie quantique, simulation quantique, métrologie quantique, ordinateur quantique : nombreux sont les champs de recherche actuels qui exploitent les propriétés quantiques de la lumière. Pourtant, la quantification du rayonnement en optique n'a pas toujours été une évidence. Jusqu'au début des années 1960, toutes les recherches menées dans ce domaine sont fondées sur la théorie classique de la lumière établie au XIXe siècle. La situation évolue en 1956 avec la découverte de l'effet Hanbury-Brown et Twiss, qui inaugure les expériences sur les statistiques de photons, puis en 1960 avec l'invention du laser, qui va apporter de profonds changements dans la pratique de l'optique. Ces deux événements incitent Roy Glauber à forger une nouvelle théorie quantique de la cohérence et à établir ainsi les fondements théoriques de l'optique quantique. Mais cette nouvelle façon de décrire le rayonnement ne fait pas l'unanimité : certains physiciens, dont Emil Wolf et Edwin Jaynes, soutiennent que l'approche semi-classique (où la matière est quantifiée, mais pas le rayonnement) demeure la plus pertinente pour rendre compte des phénomènes d'optique. Dans cette thèse, nous chercherons à comprendre comment la quantification du rayonnement va progressivement s'imposer en optique et comment l'optique quantique va se constituer comme champ de recherche. Nous nous concentrerons sur trois voies de développement de l'optique quantique, principalement aux États-Unis et en France. La première est celle de Leonard Mandel qui, d'abord réticent à la théorie quantique de la cohérence, va mener à l'Université de Rochester de multiples expériences démontrant le caractère quantique du rayonnement libre, comme l'« effet Hong-Ou-Mandel ». La seconde voie concerne la quantification du rayonnement en interaction avec la matière dans le domaine de la physique atomique, à travers les recherches de Claude Cohen-Tannoudji au Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne à Paris. La troisième porte sur les fondements de la mécanique quantique et sur les expériences sur les inégalités de Bell, en particulier celles de John Clauser et Alain Aspect. De façon plus générale, nous insisterons sur la diversité des facteurs - à la fois théoriques, techniques, sociologiques, économiques et institutionnels - qui ont permis l'émergence de l'optique quantique, afin de restituer toute la complexité de cet épisode crucial de l'histoire de la physique.
L’intrication est une des propriétés les plus fascinantes de la mécanique quantique ; quand deux particules sont intriquées, la mesure des propriétés de l’une permet de connaître instantanément les propriétés de sa jumelle, quelle que soit la distance les séparant. Après avoir été démontrée expérimentalement sur différents systèmes, l’intrication est aujourd’hui au coeur de plusieurs domaines de recherche, comme les communications, le calcul et la métrologie. En parallèle aux recherches fondamentales sur des expériences de laboratoire très complexes, on assiste à un véritable essor de technologies quantiques dans l’objectif d’intégrer plusieurs composants quantiques sur une même puce. Dans cet article, nous illustrons l’évolution des sources de paires de photons intriqués, des expériences pionnières sur les cascades atomiques aux derniers dispositifs ultracompacts en matériaux semiconducteurs.
La physique quantique permet de comprendre en profondeur les phénomènes qui régissent le comportement des solides, des semi-conducteurs, des atomes, des particules élémentaires et de la lumière. Cette nouvelle édition contient trois chapitres entièrement re-rédigés, un nouveau chapitre sur la mécanique quantique relativiste (construction de Wigner et équation de Dirac), une sélection de corrigés d’exercices et de nombreuses mises à jour. Elle offre une approche originale permettant de traiter immédiatement et de façon simple des applications importantes comme l’atome à deux niveaux, le laser ou la résonance magnétique nucléaire. Le formalisme est ensuite développé en privilégiant l’utilisation des symétries et permet de traiter les applications usuelles comme le moment angulaire, les approximations semi-classiques, la théorie de la diffusion ou la physique des atomes et des molécules. L'ouvrage accorde aussi une large place à des domaines nouveaux apparus depuis une trentaine d’années et qui occupent aujourd’hui le devant de la scène : non-localité et information quantiques, refroidissement d’atomes par laser, condensats de Bose-Einstein, états du champ électromagnétique, sujets qui ne sont pas traités dans la plupart des manuels. Ce livre s’adresse aux étudiants de L3 et de master de physique et aux élèves des écoles d’ingénieurs. Il est également susceptible d’intéresser un large public de physiciens, chercheurs ou enseignants, qui souhaitent s’initier aux développements récents de la physique quantique.
La physique quantique permet de comprendre en profondeur les phénomènes qui régissent le comportement des solides, des semi-conducteurs, des atomes, des particules élémentaires et de la lumière. Cette nouvelle édition contient trois chapitres entièrement re-rédigés, un nouveau chapitre sur la mécanique quantique relativiste (construction de Wigner et équation de Dirac), une sélection de corrigés d’exercices et de nombreuses mises à jour. Elle offre une approche originale permettant de traiter immédiatement et de façon simple des applications importantes comme l’atome à deux niveaux, le laser ou la résonance magnétique nucléaire. Le formalisme est ensuite développé en privilégiant l’utilisation des symétries et permet de traiter les applications usuelles comme le moment angulaire, les approximations semi-classiques, la théorie de la diffusion ou la physique des atomes et des molécules. L'ouvrage accorde aussi une large place à des domaines nouveaux apparus depuis une trentaine d’années et qui occupent aujourd’hui le devant de la scène : non-localité et information quantiques, refroidissement d’atomes par laser, condensats de Bose-Einstein, états du champ électromagnétique, sujets qui ne sont pas traités dans la plupart des manuels. Ce livre s’adresse aux étudiants de L3 et de master de physique et aux élèves des écoles d’ingénieurs. Il est également susceptible d’intéresser un large public de physiciens, chercheurs ou enseignants, qui souhaitent s’initier aux développements récents de la physique quantique.