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Físicos del laboratoire de Physique de la Matière Condensée – LPMC (CNRS/UNS), del laboratoire Matériaux et Phénomènes Quantiques – MPQ (CNRS/Univ. Paris Diderot) y de l’institut des Sciences Moléculaires d’Orsay – ISMO (CNRS/Univ. Paris Sud) han publicado en la revista Science, su trabajo en torno a las  propiedades de los fotones. En el campo de la física cuántica, el equipo ha hecho un gran descubrimiento. En efecto, se ha podido demostrar por primera vez, la transición entre los aspectos de onda y partícula de un fotón.

Este descubrimiento pone un «punto final» en el panel de discusión que se inició hace varias décadas en torno a los marcos de comportamiento que podrían ser consideradas como ondas o partículas. También abre nuevos caminos en la seguridad de las comunicaciones mediante la encriptación considerada inviolable, a través de la criptografía cuántica.

Propiedades específicas de fotones

En un enfoque nuevo, explican los investigadores, que se presenta a menudo como un objeto cuántico según el caso, ya sea una partícula localizada espacialmente y no puede interferir, o una onda, susceptible  de tener interferencias localizadas. La experiencia reciente muestra claramente que es necesario abandonar este punto de vista simplista: el comportamiento de un objeto cuántico, como el fotón no puede reducirse a una descripción binaria en términos clásicos de onda o partícula. Los investigadores han observado  fotones en estados de ondas y de partículas, aspectos se superponen en proporciones manejables. Esta propiedad también se demuestra en un experimento de «elección retardada».

Los experimentos sobre la dualidad onda / partícula se realizan mediante el envío de un objeto cuántico, como un solo fotón en un interferómetro. El fotón se encuentra con un divisor de haz primero. Si se coloca un detector en frente de cada una de las dos salidas de este  divisor, el fotón es detectado, ya sea uno u otro lado con una probabilidad del 50% para cada alternativa. Si, en cambio, las dos trayectorias se recombinan utilizando un segundo divisor de haz para formar un interferómetro, se observó interferencia en el dispositivo de salida, signos de comportamiento de las ondas.

Los físicos usaron un truco, por una parte para conseguir un interferómetro abierto para una de las polarizaciones del fotón y cerrado para el otro y, en segundo lugar, para llevar a cabo el experimento con fotones gemelos y entrelazados, es decir que tienen correlaciones cuánticas no separables. Mientras que un fotón, el fotón «test«, fue enviado al dispositivo, el segundo, que denotaremos  «gemelo» fue enviado a través de una fibra óptica a una  habitación  a distancia de 20 metros (para evitar la interferencia causal) y el otro de la demora con el fin de garantizar un período de 20 nanosegundos en la detección y por lo tanto la posibilidad de una selección de una base de detección posterior a la detección del prime rfotón (en el marco del laboratorio).

Objeto cuántico irreductible

La postselección de los eventos correspondientes a una polarización dada de gemelos entonces permitió a los autores considerar los hechos por los que se detectó el primer fotón por un interferómetro abierto ( tipo de detección de partículas), cerrado (tipo de detección de onda) o una combinación lineal de estos dos comportamientos. En este último caso, el fotón de prueba está en un estado de superposición de un tipo de «onda» y una instrucción como «partícula» y esto en proporciones manejables. Las medidas, en consonancia con las predicciones de la teoría cuántica, demuestran que es necesario dar una dualidad. Un fotón no es una onda o una partícula, sino un objeto cuántico irreducible.