Génération de superpositions macroscopiques d’états du champ par processus non-linéaires

La quatrième leçon a abordé le problème des séparatrices non-linéaires en optique quantique. Après avoir remarqué que la distribution des photons réalisée dans les voies finales d’une séparatrice linéaire ne permettait en aucun cas de réaliser une superposition mésoscopique de type « chat » de Schrödinger, nous avons montré qu’une modification simple de la lame, la transformant en dispositif non linéaire « décomposant » un photon en plusieurs photons finals dont la somme des fréquences est égale à celle de la particule initiale, permettait de réaliser des superpositions cohérentes de plusieurs photons dans des modes différents. En combinant deux lames non-linéaires dans un interféromètre de Mach-Zehnder non linéaire, nous avons montré que ces superpositions avaient des signatures interférométriques différentes de celle donnée par une particule unique. Nous avons enfin décrit une réalisation pratique de telles lames non-linéaires dans une expérience impliquant un ion piégé. Dans ce cas, les photons sont remplacés par des phonons, excitations de modes de vibration de l’ion. On peut réaliser sur ces phonons l’analogue d’une expérience de Mach-Zehnder non linéaire et observer les signaux caractéristiques de superpositions impliquant deux ou trois phonons.