Un laser qui fonctionne selon des principes quantiques comme l'intrication ou le comportement atomique collectif.Un laser quantique est une source de lumière qui va au-delà du principe classique de l'émission stimulée, en exploitant des effets de mécanique quantique tels que l'intrication, la cohérence atomique collective ou la lumière comprimée pour générer ou façonner le rayonnement. Contrairement à un laser conventionnel, où les atomes émettent indépendamment (bien qu'en phase), un laser quantique peut impliquer des atomes corrélés qui « s'écoutent » mutuellement, conduisant à des propriétés de bruit, des statistiques de photons fondamentalement différentes, ou même la capacité de fonctionner sans inversion de population traditionnelle. Ce concept est central pour explorer la frontière entre l'optique quantique et la physique des lasers, et il promet des sources de lumière aux propriétés inaccessibles par des moyens classiques.
Les fondements théoriques ont été posés dans les années 1980 et 1990, avec des contributions clés de chercheurs comme Marlan Scully et Herbert Walther, qui ont proposé le « microlaser » et exploré les effets de cohérence quantique dans l'émission laser. Cependant, le terme « laser quantique » est utilisé de manière large, et aucun inventeur unique n'est crédité.
Dans un laser standard, des atomes excités sont stimulés pour émettre des photons en phase, créant ainsi une lumière cohérente. Dans un laser quantique, le milieu actif est préparé dans un état quantique collectif—par exemple, une superposition ou un état intriqué—de sorte que les événements d'émission ne sont pas indépendants. Cela peut être réalisé en couplant les atomes à un champ de cavité commun ou en utilisant des interactions conçues pour que les atomes se comportent comme une seule entité quantique. Le résultat est que la lumière émise peut avoir un bruit d'intensité réduit (lumière comprimée), des statistiques de photons sous-poissonniennes, ou même présenter une intrication entre la lumière et l'ensemble atomique.
Les lasers quantiques sont explorés pour des mesures ultra-précises, la communication quantique, et comme éléments constitutifs de réseaux quantiques, où leurs propriétés lumineuses non classiques peuvent améliorer la sensibilité ou permettre un transfert d'information sécurisé.
Dans un laser quantique, les atomes peuvent être si fortement corrélés que la lumière qu'ils émettent peut être « silencieuse »—avec des fluctuations d'intensité en dessous de la limite classique du bruit de grenaille, un exploit impossible pour un laser conventionnel.
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