Des physiciens renversent le chat de Schrödinger

Des chercheurs de la Faculté de physique de l’Université de Varsovie, en collaboration avec des experts du Centre QOT pour les technologies optiques quantiques, ont créé une technologie innovante qui permet d’effectuer des transformées de Fourier fractionnaires d’impulsions optiques à l’aide de la mémoire quantique.

Cette réalisation est unique au niveau mondial, puisque l’équipe est la première à présenter une application expérimentale des transformations mentionnées ci-dessus sur un système de ce type. Les résultats de la recherche ont été publiés dans des revues prestigieuses La transformée de Fourier fractionnaire est une généralisation de la transformée de Fourier qui permet un passage partiel d’une description d’onde en temps à une description en fréquence. Intuitivement, cela peut être compris comme une rotation de la distribution (par exemple la fonction toroïde temporelle de Wigner) du signal étudié selon un certain angle dans le domaine temps-fréquence.

Ce type de transformation s’est avéré très utile dans la conception de filtres spectraux et temporels spéciaux pour éliminer le bruit et a permis la création d’algorithmes permettant d’utiliser les propriétés quantiques de la lumière pour différencier plus précisément les impulsions de différentes fréquences par rapport aux méthodes conventionnelles. Ceci est particulièrement important en spectroscopie, qui permet d’étudier les propriétés chimiques de la matière, et en télécommunications, qui nécessitent la transmission et le traitement d’informations avec une grande précision et rapidité.

Les lentilles et la transformée de Fourier ?

Une lentille en verre ordinaire est capable de focaliser les rayons lumineux monochromatiques tombant sur elle vers environ un point (foyer). Changer l’angle de la lumière tombant sur l’objectif modifiera la position de mise au point. Cela nous permet de convertir les angles d’incidence en positions, obtenant ainsi une analogie avec la transformée de Fourier, dans l’espace de direction et de position. Les spectrographes classiques basés sur des réseaux de diffraction utilisent cet effet pour convertir les informations de longueur d’onde lumineuse en position, nous permettant ainsi de distinguer les raies spectrales.

Lentilles temporelles et fréquentielles

Semblable à une lentille en verre, une lentille temps-fréquence permet de convertir la durée de l’impulsion en sa distribution spectrale ou, effectivement, d’effectuer une transformée de Fourier en fréquence espace-temps. Une sélection correcte de la puissance de l’objectif permet d’effectuer une transformation de Fourier fractionnaire. Dans le cas des impulsions optiques, l’action de lentille du temps et de la fréquence est liée à l’application d’une phase quadratique au signal.

Pour traiter le signal, les chercheurs ont utilisé une mémoire quantique – ou plutôt une mémoire dotée de capacités de traitement quantique de la lumière – basée sur un nuage d’atomes de rubidium placé dans un piège magnéto-optique. Les atomes sont refroidis à des températures de plusieurs dizaines de millions de degrés au-dessus

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Zéro absolu. La mémoire est placée dans un champ magnétique variable, permettant de stocker des composants de fréquences différentes dans différentes parties du cloud. L’impulsion est soumise à une lentille temporelle lors de l’écriture et de la lecture, et à une lentille fréquentielle lors du stockage.

Le dispositif développé à l’Université du Wisconsin permet de mettre en œuvre de tels objectifs sur une très large gamme de paramètres et de manière programmable. Les impulsions doubles sont très sensibles à la décohérence et sont donc souvent comparées au célèbre chat de Schrödinger – une superposition microscopique de la vie et de la mort, presque impossible à réaliser expérimentalement. Cependant, l’équipe a pu réaliser une intervention chirurgicale précise sur ces cas fragiles à double impulsion.

Cette publication est le résultat des travaux du Laboratoire de dispositifs optiques quantiques et du Laboratoire de mémoire quantique du Centre « Technologies optiques quantiques » avec la participation de deux étudiants à la maîtrise : Stanislaw Korzina et Marcin Yastrzebski, deux étudiants de premier cycle Bartosz Neault et Jan Novosielski, et Dr. Mateusz Maslanyk et le chef du laboratoire, le Dr. Michal Barniak et le professeur Wojciech Wasilewski. Pour les résultats décrits, Bartosz Neault a également reçu un prix de présentation de subvention lors de la récente conférence DAMOP à Spokane, Washington.

Avant d’être appliquée directement aux communications, la méthode doit d’abord être mappée aux longueurs d’onde et à d’autres plages de paramètres. Cependant, la transformée de Fourier fractionnaire peut être très importante pour les récepteurs optiques des réseaux modernes, y compris les liaisons optiques par satellite. Un processeur de lumière quantique développé à l’Université du Wisconsin permet de découvrir de nouveaux protocoles et de les tester de manière efficace.

Référence : « Implémentation expérimentale de la transformée de Fourier fractionnaire optique dans le domaine temps-fréquence » par Bartosz Neault, Marcin Jastrzebski, Stanisław Korzyna, Jan Novoselski, Wojciech Vasilevski, Mateusz Mazilanic et Michal Barniak, 12 juin 2023, Lettre d’examen physique.
est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.130.240801

Le projet « Technologies optiques quantiques » (MAB/2018/4) est mis en œuvre dans le cadre du programme international de recherche de la Fondation polonaise pour la science et cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du Fonds européen de développement régional.