Tests fondamentaux de la physique quantique dans une boîte à photons

Résumé : Les expériences d'Electrodynamique quantique en cavité jonglent avec des atomes et des photons dans une enceinte aux parois réfléchissantes. Elles réalisent au laboratoire la "boîte à photons" dont Einstein et Bohr avaient rêvé dans leurs expériences de pensée. En comptant de façon non-destructive les photons dans cette boîte, nous illustrons les postulats fondamentaux de la mesure quantique et donnons une vision très directe des concepts d'état quantique et de saut quantique qui jouent un rôle central dans la description des systèmes microscopiques et de leur dynamique.

Ces expériences nous ont aussi permis de préparer des superpositions mésoscopiques d'états à quelques photons exhibant des effets d'interférence quantique spectaculaires. Nous avons reconstruit expérimentalement l'état quantique complet de ces superpositions, appelées "chats de Schrödinger" en référence à la fameuse expérience de pensée imaginée en 1935 par ce physicien. En dévoilant l'évolution dans le temps de ces états, nous avons pu réaliser de véritable films du processus de décoherence qui efface les interférences quantiques, transformant les superpositions mésoscopiques en simple mélanges statistiques classiques. Nous ferons le point sur ces expériences qui réalisent une exploration de la frontière entre les mondes classique et quantique et discuterons de leurs prolongements et généralisations à d'autres systèmes.