Des chercheurs découvrent que le cheval de bataille de l’intrication dans la plupart des laboratoires d’optique quantique peut avoir des topologies cachées, rapportant les plus élevées jamais observées dans n’importe quel système : 48 dimensions avec plus de 17 000 signatures topologiques, un alphabet énorme pour encoder des informations quantiques robustes.
La plupart des laboratoires d’optique quantique produisent des photons intriqués par un processus de conversion paramétrique spontanée (SPDC), qui produit naturellement l’intrication dans « l’espace », les degrés de liberté spatiaux de la lumière. Maintenant, l’équipe a découvert que caché dans cet espace se trouve un monde de topologies de haute dimension, offrant de nouveaux paradigmes pour encoder l’information et rendre l’information quantique immunisée contre le bruit. La topologie a été montrée en utilisant le moment angulaire orbital (OAM) de la lumière, de deux dimensions à de très hautes dimensions.
Rapporté dans Nature Communications, l’équipe a montré que si l’on mesure l’OAM de deux photons intriqués, on peut montrer qu’il a une topologie : une caractéristique sous-jacente de l’intrication elle-même. Puisque l’OAM peut prendre un nombre infini de possibilités, la topologie aussi.
« Nous rapportons une avancée majeure dans ce travail : nous n’avons besoin que d’une propriété de la lumière (OAM) pour créer une topologie, alors qu’auparavant on supposait qu’au moins deux propriétés seraient nécessaires – généralement l’OAM et la polarisation », déclare le professeur Andrew Forbes, de l’École de physique de Wits. « La conséquence est que puisque l’OAM est de haute dimension, la topologie l’est aussi, et cela nous a permis de rapporter les topologies les plus élevées jamais observées. »
L’équipe a montré qu’une fois que la topologie dépasse deux dimensions, un spectre de nombres topologiques est nécessaire plutôt qu’un seul, comme on le voit dans les topologies optiques habituelles.
Un avantage majeur de cette découverte est que la ressource nécessaire pour la faire fonctionner est commune à la plupart des laboratoires d’optique quantique et n’a pas besoin d’« ingénieur quantique » spécial. Pedro Ornelas explique : « Vous obtenez la topologie gratuitement, à partir de l’intrication dans l’espace. Elle était toujours là, il fallait juste la trouver. »
Le professeur Robert de Mello Koch, auteur principal de l’Université de Huzhou, explique plus en détail : « En haute dimension, il n’est pas si évident de savoir où chercher la topologie. Nous avons utilisé des notions abstraites de la théorie quantique des champs pour prédire où chercher et quoi chercher – et nous l’avons trouvée dans l’expérience ! »
L’intrication par moment angulaire orbital a été étudiée et utilisée dans de nombreux systèmes quantiques, mais jusqu’à présent, elle a souffert de fragilité. Maintenant, l’équipe croit que l’intrication OAM peut être revisitée sous l’angle de sa topologie sous-jacente, ouvrant de nouvelles voies pour son utilisation dans des systèmes quantiques réels.
Article : « Revealing the topological nature ofentangled orbital angular momentum statesof light » – DOI : 10.1038/s41467-025-66066-3 –
Source : Witwatersrand U.
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