Des chercheurs de l’Université d’Ottawa et de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont démontré à Erlangen, en Allemagne, que la lumière naturelle du soleil peut générer des photons quantiquement intriqués. Publiée dans la revue Optica, la percée élimine le recours aux lasers énergivores jusqu’ici jugés indispensables.
Des chercheurs de l’Université d’Ottawa et de l’Institut Max Planck pour la science de la lumière ont réussi à générer des photons quantiquement intriqués à partir de la lumière naturelle du soleil. Une première qui écarte les lasers énergivores, longtemps jugés indispensables pour produire la brique élémentaire des technologies quantiques.
Les résultats, publiés dans la revue Optica, indiquent que l’état intriqué obtenu atteint environ 94 % de similarité avec un état parfaitement intriqué. L’expérience a également violé l’inégalité de Bell, test de référence distinguant l’intrication quantique des corrélations classiques.
Depuis l’avènement de l’optique quantique, les sources cohérentes dominaient les expériences d’intrication. Le laser offrait un contrôle précis de la pompe optique, au prix d’une consommation électrique et d’infrastructures de refroidissement non négligeables.
Une conversion paramétrique affranchie du laser
Le montage repose sur la conversion paramétrique spontanée par abaissement de fréquence (SPDC). Un photon pompe pénètre dans un cristal non linéaire et se scinde parfois en une paire de photons intriqués de moindre énergie. Jusqu’ici, les lasers fournissaient le faisceau pompe, car leur bande passante étroite et leur cohérence simplifient le contrôle. La lumière solaire présente au contraire un large spectre de couleurs, arrive de directions multiples et affiche une faible cohérence.
L’idée théorique repose sur un point précis, explique Cheng Li, premier auteur et récent diplômé de l’Université d’Ottawa : l’intrication de polarisation dépend uniquement de l’ordonnancement de la direction d’oscillation de la lumière, et non de sa couleur ni de sa cohérence spatiale. La couleur très étalée de la lumière solaire n’intervient donc pas dans la qualité de l’intrication, à condition que le montage isole correctement la polarisation. « Nous avons conçu notre montage expérimental de manière à ce que les différences introduites par les différentes couleurs et directions de propagation n’influencent pas la polarisation des photons », a-t-il déclaré dans un communiqué.
Concentrer la lumière solaire sur un cristal d’un millimètre a demandé un travail d’ingénierie poussé. L’équipe a employé un concentrateur solaire mis au point par Hanieh Fattahi à l’Institut Max Planck. Il associe une lentille de Fresnel de la taille d’une fenêtre et un cône entièrement en verre pour comprimer la lumière dans une fibre optique d’environ l’épaisseur d’un cheveu humain. L’expérience en plein air a été menée à Erlangen, en Allemagne.
Des satellites allégés et moins gourmands
La démonstration ouvre la voie à des systèmes de communication quantique dépourvus de lasers embarqués, d’alimentations électriques et de matériel de refroidissement associé. Les satellites, qui reçoivent déjà une lumière solaire intense et ininterrompue, constituent des candidats naturels pour une telle approche. La suppression des lasers embarqués réduirait également la masse, la consommation électrique et les besoins en refroidissement des charges utiles.
Selon Cheng Li, la technologie pourrait un jour permettre aux satellites de créer des clés de chiffrement sécurisées grâce à la lumière solaire déjà abondante dans l’espace, réduisant le besoin de lasers embarqués et d’une grande partie du matériel de support. La démarche pourrait aussi alléger la charge énergétique liée au déploiement à grande échelle des systèmes d’informatique quantique et de détection.
Les chercheurs rappellent que la démarche reste une preuve de concept. Des progrès de luminosité, de stabilité et de qualité de l’intrication seront nécessaires avant d’envisager un dispositif déployable sur le terrain.
Les taux de génération ont atteint environ 1 600 paires intriquées par seconde et par milliwatt de puissance de pompe. Une fois normalisé par rapport à la largeur de bande effective d’accord de phase, un tel niveau se compare à celui de la SPDC pompée par laser, selon Quantum Zeitgeist. L’équipe estime que la méthode pourrait s’étendre à d’autres processus optiques non linéaires. Des lumières autrefois jugées trop désordonnées pour les expériences quantiques pourraient ainsi devenir des ressources quantiques pratiques.
C. Li, J. Brar, M. Kublbock, J. Upham, H. Fattahi, R. W. Boyd, “Generating quantum entanglement from sunlight” 13, Opti-ca (2026). DOI: 10.1364/OPTICA.601797n
