Visite de l'équipe du Lab Junior à l'Institut Néel !

Publié par Lab Junior Yannick Sonnefraud, le 29 mars 2018   990

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En octobre 2017 Guillaume Bachelier, chercheur à l’unité « Nano-Optique et Forces » à l’institut Néel de Grenoble nous écrivait :

« Grâce à la contribution de Nicolas et David, nous avons construit la source de photons intriqués qu'avait imaginée Yannick avec, en très grande partie, le matériel qu'il avait lui-même acheté ».

Guillaume a connu Yannick quelques mois avant sa brutale disparition en septembre 2014.

Début février 2018 nous sommes un petit groupe à franchir la porte du CNRS. Des personnes engagées dans les ateliers du Lab Junior Yannick Sonnefraud, créés en 2015 en sa mémoire. Pour découvrir l’installation, les constructeurs nous guident… Un peu impressionnés par ce lieu où se font les découvertes scientifiques de pointe, nous avons une surprise de taille : les chercheurs font appel à Donald et Picsou dans leurs explications ! De quoi nous mettre à l’aise…

La lumière générée par un laser est focalisée par un jeu de lentilles vers un cristal « non-linéaire » aux propriétés particulières qui va permettre de découper les photons en deux ! Ce découpage fait que les deux photons produits ne sont plus indépendants mais partagent une histoire commune et donc des propriétés physiques communes : à la sortie, leur polarisation est liée (la polarisation est la direction d’oscillation d’une onde, comme par exemple la direction verticale pour les vagues sur la mer). Là où la magie de la mécanique quantique opère c’est que ces photons peuvent être découpés de deux manières différentes avec la même probabilité. On dit alors qu’ils sont dans une « superposition d’état ». Kezako ?! Pour faire simple, c’est comme si la polarisation des photons était deux choses à la fois « horizontale » et  « verticale ». Dur à imaginer dans la vie de tous les jours, mais c’est la version photonique du chat de Schrödinger qui est... à la fois vivant et mort ! Ou encore des électrons qui peuvent passer par deux trous différents… en même temps.

On dit alors que les photons générés sont intriqués (et non intrigués !). Ils sont ensuite envoyés par deux fibres optiques, chacun vers un détecteur de photons uniques : une photodiode à avalanche. Pour que l’avalanche ait lieu, il suffit… d’un seul photon ! Les photons arrivent : avalanches !

Illustration de Grégory Cornu

Les propriétés de ces deux photons sont ensuite étudiées « à la loupe », en regardant leurs polarisations respectives et en établissant des corrélations entre elles. Et les chercheurs constatent que même à distance l’un de l’autre les deux photons restent corrélés. En connaissant l’état de l’un, on peut de façon certaine en déduire l’état dans lequel se trouve le deuxième et cela, même s’ils sont à des kilomètres l’un de l’autre !

Cette propriété particulière des photons intriqués est intéressante car elle va permettre des prises de décision instantanées, ce qui constitue un élément clé dans les stratégies de communication, de répartition des ressources ou encore dans les intelligences artificielles...

Tout ceci est basé en mathématique sur la théorie des jeux. Pour les cinéphiles, voir « Un homme d'exception » qui relate la découverte de John Forbes Nash, qui vaudra à ce dernier le prix Nobel d’économie pour sa vision révolutionnaire des stratégies visant à maximiser les chances de succès dans un environnement compétitif. Et c’est là que Donald et Picsou entrent en scène ! Imaginez que chacun veuille gagner un maximum de $ sur des machines à sous. En choisissant tous les deux la même machine à sous, celle qui est gagnante le plus souvent, au final, ils doivent se partager le magot … Alors que s’ils se répartissent sur différentes machines, s’y ajoutent d’autres gains supplémentaires. Leur liberté est restreinte, mais on évite ainsi le conflit, et pour peu qu’on utilise des photons intriqués pour les guider dans leur choix, tous les deux en ressortent automatiquement gagnants !

Illustration de Grégory Cornu

Les chercheurs nous l’assurent : les photons intriqués offrent de belles perspectives d’applications concrètes… Ils n’hésitent pas à convoquer les valeurs de liberté, d’égalité et de fraternité pour illustrer ces promesses ! Dès maintenant ce sont plusieurs publications scientifiques que ces photons vont générer. 

Merci à Guillaume, Nicolas et David de nous avoir partagé leur passion, avec sérieux et… imagination !