Théorie quantique du moment angulaire orbital dans les vortex optiques spatiotemporels

Résumé Les vortex optiques spatiotemporels (STOV) sont des champs électromagnétiques structurés se propageant dans l'espace libre avec des singularités de phase dans le domaine espace-temps. En fonction de l'inclinaison du front de phase hélicoïdal, les STOV peuvent transporter à la fois un moment angulaire orbital (OAM) longitudinal et transversal. Bien que les STOV aient suscité un intérêt significatif ces dernières années, la compréhension actuelle est limitée à l'image semi-classique. Ici, nous développons une théorie quantique pour les STOV avec une inclinaison arbitraire, s'étendant au-delà de la limite paraxiale. Nous démontrons que les états quantiques de STOV, tels que les impulsions de photons enchevêtrés et cohérents, affichent des fluctuations non nulles d'OAM longitudinal qui sont absentes dans les impulsions enchevêtrées monochromatiques conventionnelles. Nous montrons que ces fluctuations quantiques présentent une texture unique, c'est-à-dire une distribution spatiale qui peut être utilisée pour isoler expérimentalement ces effets quantiques. Nos résultats représentent un pas vers l'exploitation des effets quantiques de la lumière structurée pour diverses applications telles que des protocoles d'encodage basés sur l'OAM et des plateformes pour explorer de nouvelles interactions lumière-matière dans des systèmes matériels en 2D.