Dans cette leçon, vous apprendrez à utiliser les états multimodes quasi-classiques de la lumière pour décrire la lumière classique réelle, avec plusieurs composants. Vous trouverez la démonstration du comportement d'un paquet d'ondes quasi-classique sur un séparateur de faisceau, une propriété utilisée en optique quantique 1 pour montrer la différence spectaculaire entre un paquet d'ondes classique et un paquet d'ondes à photon unique. Vous apprendrez également à décrire en optique quantique l'observation d'un battement entre deux lasers. Il s'agit d'un sujet intéressant en soi, qui a suscité de nombreuses discussions dans les années qui ont suivi l'invention des lasers, et qui est clair comme de l'eau de roche lorsqu'il est abordé comme dans cette leçon. C'est aussi une technique très utilisée dans les laboratoires d'AMO, connue sous le nom de détection hétérodyne, dont vous apprendrez l'intérêt et les limites. Vous rencontrerez également quelques idées fondamentales sur les rayonnements mutimodes incohérents et cohérents, ainsi que sur les similitudes et les différences entre une moyenne statistique classique et une moyenne quantique. Avec ces notions, vous serez armés pour mieux apprécier les propriétés quantiques spécifiques de la lumière comprimée, présentées dans la leçon suivante.

Dans cette leçon, vous découvrirez les états non classiques de la lumière, les états comprimés, qui permettent de "battre la limite quantique standard", c'est-à-dire de réaliser des mesures avec une incertitude inférieure à ce qui était considéré comme la limite ultime, qui s'applique en fait à un faisceau de lumière classique parfaitement contrôlé, qu'il s'agisse d'un faisceau laser ou d'un faisceau provenant d'une source standard. La notion d'état comprimé de la lumière a été découverte en 1980, dans l'espoir de parvenir à détecter les ondes gravitationnelles à l'aide d'interféromètres optiques géants. Près de 40 ans plus tard, les états d'écrasement de la lumière sont effectivement utilisés avec ces interféromètres géants, et ils promettent d'augmenter considérablement le volume de l'univers exploré par ces interféromètres. Il s'agit d'un exemple de technologie quantique basée sur un état quantique multi-photons, sans équivalent classique.

L'intrication est une caractéristique de la mécanique quantique qui a été ignorée ou sous-estimée pendant longtemps, malgré le débat entre Einstein et Bohr à ce sujet. Ce n'est qu'avec la découverte de John Bell, au milieu des années 1960, que l'on a pu trancher expérimentalement le débat et que certains physiciens ont réalisé la possibilité d'utiliser l'intrication pour de nouvelles méthodes de traitement et de transmission de l'information. Dans cette leçon, vous découvrirez l'intrication et les tests des inégalités de Bell, le cas d'une paire de photons intriqués dans la polarisation, qui est le système qui a conduit aux premières expériences convaincantes. Les conséquences sur notre compréhension du monde quantique seront abordées, laissant à la leçon suivante la description de certaines technologies quantiques basées sur l'intrication.

La deuxième révolution quantique n'est pas seulement conceptuelle, avec la compréhension du caractère extraordinaire de l'intrication, mais elle promet également d'être technologique, avec des applications impossibles à concevoir avant de réaliser le potentiel de l'intrication. La cryptographie quantique basée sur l'intrication et le concept fascinant de la téléportation quantique sont les technologies quantiques à la base des réseaux quantiques, ce que l'on appelle l'internet quantique, et dans cette leçon vous comprendrez en détail leurs principes. Pour construire un réseau quantique à longue distance, il faut de bonnes mémoires quantiques, un défi très important à l'heure actuelle. Vous trouverez également dans cette leçon, avec moins de détails, l'idée de base des simulateurs quantiques, qui a été introduite par Feynman en 1982, mais qui n'a pris son essor que ces dernières années. Elle offre, en 2019, la perspective fascinante non seulement d'élucider des phénomènes physiques trop difficiles à résoudre sur un ordinateur classique, comme la supraconduction à haute température critique, mais aussi de résoudre des problèmes pratiques d'optimisation difficiles, grâce au concept des simulateurs NISQ (Noisy Intermediate Scale Quantum), qui n'ont pas besoin d'être parfaits.