Un laser atténué est-il une bonne source de photons individuels ?
Antoine Browaeys : On pourrait en effet le penser, un laser étant une source de lumière idéale (monochromatique et directionnelle), et son intensité étant liée au nombre de photons qu’il transmet. Rappelons que la fréquence du laser (sa couleur quand on est dans le domaine visible) détermine l’énergie de chaque photon et que son intensité (proportionnelle au carré du champ électrique de l’onde lumineuse) permet alors de déduire le nombre moyen de photons qu’il émet par unité de temps.
Cependant, même lorsqu’on atténue la source jusqu’à obtenir un photon en moyenne, les photons sont émis à des instants aléatoires, et parfois par paire, triplet, etc. La probabilité que plusieurs photons soient émis simultanément diminue avec l’intensité du laser, mais la cadence d’émission des photons décroît en même temps. Or on a souvent besoin de maximiser cette cadence, notamment quand on veut transmettre de l’information via les photons. Un laser atténué n’est donc pas une bonne source de photons individuels.
Comment produit-on des photons individuels ?
Antoine Browaeys : Le dispositif le plus simple est un atome (ou un ion) qu’on excite par une impulsion lumineuse; lorsque l’atome se désexcite, il émet un photon et un seul, que l’on récupère ensuite grâce à une lentille. Le problème est que cette source est non déterministe, car le photon est émis dans une direction aléatoire. On doit donc répéter le processus jusqu’à ce que l’émission ait lieu dans la direction voulue. On peut aussi augmenter la probabilité de récupérer le photon grâce à des miroirs. L’idéal serait un miroir parabolique dont l’atome...
