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Compter et recompter les photons
La superposition quantique permet à un système d’être dans un état correspondant simultanément à plusieurs résultats possibles pour une mesure. Une mesure quantique idéale annule cette indétermination et laisse le système dans un état, choisi au hasard (« Dieu joue aux dés »), où la quantité mesurée est exactement déterminée. Nous avons réalisé une telle mesure idéale pour le nombre de photons d’un champ cohérent stocké dans une « boîte » (une cavité microonde formée de miroirs supraconducteurs). Des atomes, jouant le rôle de microscopiques horloges, sondent répétitivement le champ. Le retard accumulé par ces horloges dépend du nombre de photons. Chaque atome apporte une information partielle sur l’intensité du champ. La réduction à un état où le nombre de photons est certain (entre 0 et 7) est progressive, résultant de l’accumulation de ces informations élémentaires. Des corrélations entre mesures répétées apportent la preuve du caractère idéal de cette mesure quantique non destructive. On suit ensuite directement les sauts quantiques correspondant à la perte des photons, un par un, due à l’amortissement du champ. Cette procédure illustre tous les postulats de la mesure quantique et permet de préparer des états non-classiques intéressants .
- Evolution de la distribution statistique du nombre de photons dans une mesure. On observe d’abord la réduction progressive vers un état à cinq photons, puis les photons s’échappent un par un jusqu’à ce que la cavité demeure vide. L’échelle de temps est non linéaire-.
C. Gerlin et al, Nature, 448, 889 (2007)
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