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On date généralement à 1927 la constitution de la théorie quantique en tant qu'ensemble cohérent et complet. Ce choix est plus ou moins conventionnel car la majeure partie des éléments de la mécanique quantique étaient là avant et certaines de ses conséquences importantes, comme l'intrication quantique, ne deviendront vraiment visibles que durant les années 1930. En fait, cette date correspond au célèbre congrès Solvay qui a réuni les pères fondateurs de la théorie quantique, EinsteinEinstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Born et d'autres parmi lesquels il faut citer Dirac, Pauli et de Broglie.
Depuis lors, la révolution quantique ne cesse de prendre de l'ampleur et on peut penser que l'on est encore loin d'en saisir toute la portée. En témoignent les multiples expériences d'optique quantique moderne cherchant à mieux cerner les conditions du passage de la physique quantique à la physique classique dans la description d'un système, et, surtout, l'essor des travaux sur l'information quantique.
Une vidéo exceptionnelle du Congrès Solvay de 1927 prise par Irving Langmuir. Crédit : Nancy Thorndike Greenspan
La lumière contrôle la lumière
Ces recherches ne sont pas indépendantes de ce que l'on appelle actuellement l'exploration du nanomonde, en particulier le domaine de la miniaturisation des composants électroniques. On a ainsi vu tout récemment un transistor quantique créé atome par atome à l'aide d'un microscope à effet tunnelmicroscope à effet tunnel.
Récemment, des membres du Max PlanckMax Planck Institute of Quantum Optics (MPQ) ont publié conjointement dans Nature un article décrivant la réalisation d'un transistor optique quantique avec un seul atome dans une cavité optique. Pour réussir cette prouesse, l'équipe a mis à profit un phénomène physique baptisé transparencetransparence induite électromagnétiquement, ou EIT (Electromagnetically Induced Transparency).
En général, l'EIT est observée au sein d'une population importante d'atomes dans un milieu dont la transparence peut être pilotée à l'aide d'une onde électromagnétique. Les expériences font le plus souvent intervenir deux faisceaux laserslasers. Le premier, plus intense, rend le milieu transparent ou non aux photonsphotons de l'autre faisceau, qui est plus faible.
Les auteurs de l'expérience décrite dans Nature utilisent une cavité optique transparente pour un faisceau laser faible. En y ajoutant un unique atome de rubidiumrubidium, un couplage se produit avec cette cavité, qui la conduit à réfléchir la lumièrelumière du premier laser, laquelle, donc, ne passe plus.
Toutefois, si l'on soumet l'atome à un second faisceau laser incident selon une direction perpendiculaire à l'axe optique de la cavité, la transparence est rétablie. Le résultat est moins trivial qu'il n'en a l'airair car, d'une certaine façon, tout se passe comme si de la lumière contrôlait de la lumière. Un tel phénomène non-linéaire n'est pas possible avec de la lumière seule à cause de la linéarité des équations de Maxwelléquations de Maxwell. Ce genre de dispositif est donc un excellent moyen d'explorer les possibilités ouvertes par le contrôle de la lumière par la lumière, même si c'est grâce à un atome.
Les chercheurs n'en sont pas restés là et ont aussi testé les prédictions théoriques concernant l'ajout un par un d'atomes dans la cavité. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec les prédictions de l'électrodynamique quantiqueélectrodynamique quantique.
