Production d’un chat de Schrödinger optique

28 août 2007

En 1935 Erwin Schrödinger montra que les lois de la physique quantique conduisent, à notre échelle, à des prédictions très étranges. Il proposa l’expérience de pensée connue depuis sous le nom de « chat de schrödinger » : une boîte contient un chat et une fiole de poison dont l’ouverture se déclenche avec la désintégration d’un atome radioactif. La physique quantique autorise l’atome à être à la fois désintégré et intact : le chat devrait alors être simultanément mort et vivant !

Aujourd’hui, il est devenu possible de réaliser dans le domaine de l’optique quantique une expérience réelle qui reprend les concepts de l’expérience imaginaire de Schrödinger. Un faisceau lumineux joue alors le rôle du chat. Philippe Grangier et ses collègues, du Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’optique (CNRS/Institut d’optique/Université Paris XI) ont ainsi réussi à préparer une impulsion lumineuse se propageant librement, dans une superposition de deux états quantiques différents. Le champ électrique de cette onde, mesurée par les expérimentateurs, prend deux valeurs distinctes, correspondant aux états « mort » et « vivant » du chat.

La possibilité de produire, manipuler et distribuer de tels « chats optiques » ouvre de nombreuses perspectives en information quantique : transmettre sur de longues distances des messages secrets sans risque d’espionnage, effectuer des calculs plus rapidement qu’avec un ordinateur classique, ou encore réaliser des mesures de précision. Elle permet également de lever le voile sur le passage de la physique quantique vers notre monde classique.

: Visualisation de la densité de quasi-probabilité (fonction de Wigner) d’un « chat de Schrödinger optique ». Les deux pics rouges correspondent aux deux alternatives « vivant » ou « mort », associées à des champs électriques de phases opposées. Entre ces pics la densité de quasi-probabilité devient négative (dans les deux zones bleu sombre), ce qui permet d’affirmer que le chat est « à la fois vivant et mort ».

En savoir plus

Generation of optical « Schrödinger cats » from photon number states, Alexei Ourjoumtsev, Hyunseok Jeong, Rosa Tualle-Brouri, et Philippe Grangier, Nature 448, 784 - 786 (16 Août 2007)