Optique Quantique


 
Le point blanc au centre de cette figure laisse passer des photons de l'écran à votre oeil. 

 
On peut imaginer voir ces photons de près. Plusieurs caractéritiques sont liées aux photons: leur couleur (longueur d'onde), leur position, leur polarisation. La polarisation est specifiée par un angle que "transporte" le photon perpendiculairement à son mouvement (il sort de l'écran).

Cette image est simpliste par rapport à la realité, mais suffira pour notre explication. On voit dans cette figure des photons polarisés selon plusieurs angles distincts. 

 
En realité, l'image de la figure précédente est très fausse car il n'est pas possible de "voir" exactement la polarisation d'un photon INDIVIDUEL. Il faut accepter ce fait de l'optique quantique tel quel: il n'y a pas d'explication à ce phénomene, la nature est ainsi faite. Une telle détermination ne sera possible que si un grand nombre d'entre eux avec la MÊME polarisation est disponible. Nous verrons comment ceci est possible dans les prochaines figures. La seconde chose qu'il faut savoir et accepter tel quel est le fait qu'il est impossible de faire des copies conformes de la polarisation d'un photon. 

 
On utilise généralement un filtre polarisant afin de sélectionner une polarisation particulière. L'effet du filtre est de laisser passer les photons d'une certaine polarisation et de stopper ceux de la polarisation perpendiculaire. Dans l'exemple le filtre est positionné pour laisser passer les photons polarisés en 0° et stopper ceux en 90°.

On utilise souvent de tels filtres en photographie car la lumière provenant du ciel est polarisée et l'on peut augmenter ou réduire la luminosité du ciel par rapport aux autres objets dans une scène grâce à un filtre polarisant. 

 
En fait, l'effet du filtre polarisant est légerement plus complexe: si un photon polarisé selon un angle Ø (theta) tente de traverser le filtre positioné pour sélectionner l'angle 0°, il aura alors une probabilite (cos Ø)2 d'être détecté à la sortie du filtre et (sin Ø)2 de ne pas être détecté à la sortie du filtre. Les cas particuliers sont Ø=0° et Ø=90° qui ont probabilité 1 et probabilité 0 de traverser le filtre.

On utilise un photodétecteur afin de déterminer la présence ou l'absence d'un photon. Tous les photons qui traversent le filtre se comporteront ensuite comme des photons de polarisation 0°.

 
On pourra utiliser un filtre polarisant afin de déterminer la polarisation d'un faisceau de photons de polarisations identique. Quand le filtre sera placé dans l'angle des photons polarisés, il n'y aura pratiquement pas de réduction d'intensité du faisceau lumineux, alors que la réduction sera totale à 90° plus loin. 

 
Un autre appareil optique pertinant aux mesures de polarisation sur des photons est le cristal de calcite. Ce cristal, que l'on trouve dans la nature, à la remarquable propriété de séparer sur deux parcours distincts les photons polarisés selon deux direction perpendiculaires. Dans cet exemple, le cristal sépare les photons polarisés en 0° de ceux polarisés en 90°. 

 
En fait, comme pour le filtre polarisant, l'effet du cristal de calcite est plus complexe: si un photon polarisé selon un angle Ø tente de traverser le cristal positioné pour séparer les angles 0° et 90°, il aura alors une probabilite (cos Ø)2 d'être détecté à la sortie du cristal correspondant à 0° et (sin Ø)2 d'être détecté à l'autre sortie.

Les cas particuliers sont encore une fois Ø=0° et Ø=90° qui ont probabilité 1 et probabilité 0 de sortir du cristal du cote 0°. Tous les photons qui sortent à gauche du cristal se comporteront par la suite comme des photons de polarisation 0° et ceux qui sortent à droite se comporteront par la suite comme des photons de polarisation 90°. 

 
On remarque qu'un cristal positionné pour séparer 0° et 90° est tout a fait inadéquat pour séparer 45° et 135°. Les photons polarisés selon ces angles se comporteront comme ceux polarisés en 0° avec probabilité 1/2 et comme ceux polarisés en 90° avec une probabilité 1/2 également. 

 
On peut utiliser le cristal de calcite afin de séparer n'importe quel deux polarisations perpendiculaires. Par exemple, on peut séparer les polarisations 45° et 135° l'une de l'autre en tournant le cristal de 45° par rapport à la position séparant 0° et 90°. 

 
Comme ci-haut, on remarque qu'un cristal positionné pour séparer 45° et 135° est tout à fait inadéquat pour séparer 0° et 90°. Les photons polarisés selon ces angles se comporteront comme ceux polarisés en 45° avec probabilité 1/2 et comme ceux polarisés en 135° avec probabilité 1/2 également. Afin de comprendre l'effet EPR, il est pertinant de constater que le comportement de chaque photon est indépendant de celui des autres.


RETOUR sur la page principale

Dernière mise à jour: 20 décembre 1997

Claude CRÉPEAU (crepeau@CS.McGill.CA)