Le 1er septembre 2007
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. Une équipe du LKB vient de réaliser 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 .
A quantum system can be in a superposition state in which a measurement result is not predetermined. An ideal quantum measurement cancels this quantum uncertainty. It leaves the system in a randomly chosen state (“God plays dice”), for which the measured quantity is precisely determined. A team at LKB has recently realized such an ideal quantum measurement for the number of photons stored in a “box” (a microwave cavity made up of superconducting mirrors). The field is repeatedly probed by atoms, acting as microscopic clocks. The ticking of these clocks depend upon the photon number. Each atom thus carries partial information on the field. The accumulation of these partial measurements leads to the final collapse onto a quantum state in which the photon number (between 0 and 7) is perfectly determined. Correlations between repeated measurements assess the quality of this Quantum Non Demolition photon counting procedure. The quantum jumps corresponding to the escape of the photons, due to cavity damping, are directly observed. This experiment illustrates all quantum measurements postulates. It leads also to the preparation of interesting non-classical states.
C. Gerlin et al, Nature, 448, 889 (2007)
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