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Optique Quantique Paramétrique

L’équipe

Claude Fabre, Julien Laurat, Nicolas Treps

Valentin Averchenko, Giulia Ferrini, Jianli Liu, Jean-François Morizur, Jonathan Roslund

Alexandre Brieussel, Yin Cai, Pu Jian, Kun Huang, Renné Medeiros, Olivier Morin, Olivier Pinel, Roman Schmeissner, Valérian Thiel, Zhen Zhang


La génération de photons jumeaux à partir d’un faisceau de pompage par effet paramétrique dans un cristal non-linéaire est un des processus quantiques les plus importants en optique. Il est mis à profit dans un nombre impressionnant d’expériences d’optique quantique, aussi bien dans le régime de comptage de photons que dans celui des variables continues. Dans ce contexte, notre groupe s’intéresse plus particulièrement aux propriétés quantiques des Oscillateurs Paramétriques Optiques, ou OPOs, pour lesquels l’effet paramétrique se produit à l’intérieur d’une cavité optique résonnante pour les photons jumeaux. Un tel dispositif possède un seuil d’oscillation pour la puissance pompe, au delà duquel il se comporte en oscillateur, à la manière d’un laser, et émet deux faisceaux intenses.

Au dessous de ce seuil et si les photons jumeaux sont émis dans le même mode, l’OPO produit un état fortement comprimé, ou squeezé, c’est-à-dire dont les fluctuations quantiques de l’amplitude ou de la phase du champ électrique sont bien en dessous des fluctuations quantiques du vide.

Si les photons jumeaux sont émis dans deux modes différents, appelés signal et complémentaire, l’OPO produit un état intriqué, possédant de très fortes corrélations quantiques : il y a corrélation entre les amplitudes des champs signal et complémentaire, et anti-corrélation entre les phases de ces deux champs.

En utilisant des cavités optiques qui sont simultanément résonnantes sur un grand nombre de modes, on peut produire des effets quantiques multimodes, concernant aussi bien les modes spatiaux que temporels de la lumière.

En conditionnant les mesures de phase et d’amplitude sur la lumière produite à la détection d’un photon sur une sortie judicieuse du dispositif, on peut produire des états non-Gaussiens de la lumière, aux propriétés "encore plus quantiques" que celles des états comprimés ou intriqués.

Enfin, la réduction contrôlée des fluctuations quantiques de la lumière permet d’améliorer la sensibilité des mesures optiques, par exemple dans les mesures de déplacement spatial ou de retard temporel. Nous avons étudié le problème de la détermination de la limite quantique ultime de sensibilité de la mesure, et de la manière concrète d’atteindre cette limite. C’est le domaine de la Métrologie Quantique.