L’enchevêtrement est un phénomène purement de mécanique quantique sans équivalent en physique classique. Pour deux particules enchevêtres, la mesure de l’état quantique de l’une d’elles renseigne sur l’autre, même si elles sont séparées par une grande distance. Initialement, l’idée de l’enchevêtrement a été rejetée par Albert Einstein lui-même, la qualifiant d’action « spooky » à distance. Cependant, il s’est avéré que l’effet photoélectrique décrit par l’équation photoélectrique d’Einstein présente une opportunité unique d’étudier l’enchevêtrement quantique entre le photoélectron émis et l’ion résiduel - mesurer l'énergie cinétique du premier détermine l'état quantique exact d la dernière.
Ici, nous avons étudié l'intrication quantique entre un photoélectron et un ion hélium (He+), généré par d'intenses impulsions ultraviolets extrêmes (UVX) provenant d'un laser à électrons libres (FERMI à Trieste, Italie) avec des échelles de temps ultrarapides. La haute intensité de l’impulsion UVX nous a permis de créer un état habillé « atome + photon » pour He+, comme décrit par Claude Cohen-Tannoudji pour une interaction cohérente lumière-matière. En raison de l’enchevêtrement entre ces deux particules, l’électron situé à près de 200 nanomètres de l’ion peut savoir ce qui se passe à l’intérieur de l’ion, ce qui nous permet d’étudier la dynamique de l’état habillé. La durée de l’impulsion XUV médiatrice de l’enchevêtrement n’était que de 70 femto-secondes – cette nature ultracourte de l’impulsion nous a permis d’observer l’enchevêtrement avant qu’elle ne puisse être détruite par interaction avec l’environnement. Nos résultats ouvrent la voie à l’utilisation de l’enchevêtrement quantique pour dépasser la limite posée par la résolution instrumentale en spectroscopie photo-électronique, en utilisant des impulsions ultracourtes.