Jusqu’ici, la fabrication de paires de photons intriqués — la brique de base de toutes les technologies quantiques — semblait impossible sans laser. Une équipe de recherche internationale vient de démontrer le contraire : elle a réussi à produire de l’intrication quantique directement à partir de la lumière du soleil, sans aucune source laser. Une percée publiée dans la revue scientifique Optica, qui pourrait changer la manière dont on imagine les futurs satellites et réseaux de communication quantiques.
Le laser, un passage obligé jusqu’à présent
Pour créer des photons intriqués — deux particules de lumière dont l’état reste lié quelle que soit la distance qui les sépare — les physiciens utilisent normalement un laser envoyé dans un cristal non linéaire. Ce processus, appelé conversion paramétrique spontanée, fait qu’un photon incident se scinde parfois en deux photons intriqués. Problème : un laser consomme plusieurs watts d’électricité pour produire à peine quelques milliwatts de puissance optique utile, ce qui limite les usages embarqués, notamment dans l’espace.
Un concentrateur solaire en forme de cône
Pour s’affranchir du laser, les chercheurs ont conçu un concentrateur solaire conique capable de focaliser la lumière naturelle du soleil, très diffuse et non cohérente, sur le même type de cristal non linéaire utilisé habituellement avec un laser. Grâce à cette concentration, la lumière solaire brute a permis de déclencher le même phénomène de conversion paramétrique spontanée et de générer des paires de photons intriqués.
- Les photons obtenus présentent une intrication mesurée à environ 94 % de similarité avec un état parfaitement intriqué
- La corrélation entre les photons viole l’inégalité de Bell, preuve qu’elle ne peut s’expliquer par la physique classique et qu’il s’agit bien d’intrication quantique
- Une fois corrigée la différence de largeur spectrale entre lumière solaire et lumière laser, la qualité d’intrication obtenue est comparable à celle d’un dispositif laser classique
Pourquoi cette découverte compte
Cette expérience renverse une hypothèse tenue pour acquise depuis des décennies : qu’un laser serait indispensable pour préparer des états quantiques de lumière. En s’appuyant sur une source d’énergie abondante et gratuite, la piste ouverte par cette équipe pourrait déboucher sur des satellites quantiques plus simples et moins gourmands en énergie, capables de générer eux-mêmes des clés de chiffrement à partir du soleil déjà disponible en orbite, sans embarquer de laser dédié.
Les applications potentielles vont au-delà des communications sécurisées : calcul quantique plus économe en énergie, réseaux de distribution de clés quantiques pour le chiffrement, ou encore instruments scientifiques embarqués sur des engins spatiaux à ressources limitées. Les auteurs de l’étude restent toutefois prudents : il s’agit pour l’instant d’une preuve de concept en laboratoire, et non d’un dispositif prêt à être déployé.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que l’intrication quantique ?
C’est un phénomène physique dans lequel deux particules restent liées de telle sorte que l’état de l’une influence instantanément l’état de l’autre, même séparées par une grande distance. C’est la ressource de base utilisée en cryptographie quantique et en calcul quantique.
Pourquoi utilisait-on un laser jusqu’à présent ?
Un laser fournit une lumière cohérente et concentrée, nécessaire pour déclencher efficacement la conversion paramétrique spontanée dans un cristal non linéaire. La lumière du soleil, elle, est diffuse et incohérente, ce qui rendait la même opération beaucoup plus difficile sans un dispositif de concentration adapté.
Cette technologie est-elle déjà utilisable ?
Non, il s’agit pour l’instant d’un résultat de recherche en laboratoire. Les chercheurs évoquent des applications futures, notamment pour des satellites quantiques plus simples, mais aucun déploiement concret n’est encore prévu.
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Sources
- Optica — Researchers generate quantum entanglement using sunlight
- ScienceDaily — Sunlight creates quantum entanglement once thought to require lasers
- Trust My Science — Une première quantique : des photons intriqués produits à partir de lumière solaire
Cet article a été rédigé avec l’aide d’une intelligence artificielle. Politique éditoriale
