Une découverte fascinante dans le domaine de la physique quantique pourrait transformer radicalement la sécurité des communications. Des chercheurs de l’Université de Bonn ont réussi à façonner des particules de lumière fusionnées en une structure contrôlée, ouvrant la voie à des échanges d’informations potentiellement inviolables.
La fusion de photons en un « super photon »
Dans certaines conditions, des milliers de particules de lumière peuvent fusionner pour former un «super photon». Ce phénomène, appelé condensat de Bose-Einstein, se produit lorsqu’un grand nombre de photons sont refroidis à une température extrêmement basse et confinés dans un espace restreint. Dans cet état, les particules de lumière deviennent indiscernables et se comportent comme une entité unique.
Habituellement, un condensat de Bose-Einstein ressemble à une tache lumineuse floue. Cependant, l’équipe de l’Institut de Physique Appliquée (IAP) de l’Université de Bonn a réussi à lui donner une forme précise. Andreas Redmann, chercheur à l’IAP, indique tout bonnement : «Nous avons réussi à imprimer une structure en réseau simple sur le condensat.»
Une technique innovante de moulage de la lumière
Pour créer leurs «super photons», les scientifiques utilisent un minuscule conteneur rempli d’une solution de colorant. Les parois du conteneur sont réfléchissantes. Lorsque les molécules de colorant sont excitées par un laser, elles produisent des photons qui rebondissent entre les surfaces réfléchissantes. Au fil de leurs collisions avec les molécules de colorant, les photons se refroidissent progressivement jusqu’à former un condensat.
L’innovation clé réside dans la modification des surfaces réfléchissantes. Le chercheur allemand précise encore: «Nous avons délibérément ajouté de petites indentations sur ces surfaces, offrant ainsi plus d’espace pour que la lumière s’y accumule.» Cette technique imprime une structure sur le condensat, comparable à l’empreinte laissée par un moule dans du sable.
Grâce à cette méthode, les chercheurs ont créé quatre régions où le condensat se concentre préférentiellement. Pour illustrer, imaginons répartir de l’eau dans quatre tasses disposées en carré. Contrairement à l’eau, le «super photon» ne se divise pas nécessairement en quatre portions distinctes. Si les « tasses » sont suffisamment proches, les particules de lumière peuvent passer de l’une à l’autre par effet quantique, maintenant ainsi un condensat unique.
Vers des communications inviolables
Cette propriété pourrait être exploitée pour créer de l’intrication quantique. Dans ce phénomène, un changement d’état de la lumière dans une «tasse» affecte instantanément la lumière dans les autres. Cette corrélation quantique entre photons est fondamentale pour rendre les échanges d’informations inviolables.
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Redmann souligne le potentiel de cette découverte : «En modifiant la forme des surfaces réfléchissantes, il est théoriquement possible de créer des condensats de Bose-Einstein répartis entre 20, 30, voire plus de points du réseau. Cela permettrait de sécuriser la communication entre de nombreux participants à une discussion.»
L’importance de cette étude réside dans sa démonstration de la création délibérée de motifs d’émission spécifiques pour des applications ciblées. Cette avancée rend la méthode particulièrement intéressante pour divers développements technologiques.
Le Dr. Redmann conclut : «Notre étude montre pour la première fois comment certains motifs d’émission peuvent être créés délibérément pour une utilisation dans une application spécifique. Cela rend la méthode extrêmement intéressante pour de nombreux développements technologiques différents.»
Cette recherche marque donc une étape significative dans le contrôle des états quantiques de la lumière. Elle laisse entrevoir un futur où les communications ultra-sécurisées pourraient devenir une réalité, transformant notre approche de la sécurité des données et de la confidentialité des échanges.
Légende illustration : L’équipe de l’Institut de physique appliquée de l’Université de Bonn : – (de gauche à droite) Niels Wolf, Prof. Dr. Martin Weitz, Andreas Redmann, Dr. Frank Vewinger et Dr. Julian Schmitt. © Photo: Volker Lannert/University of Bonn
Article : ‘Bose-Einstein Condensation of Photons in a Four-Site Quantum Ring’ / ( 10.1103/PhysRevLett.133.093602 ) – University of Bonn – Publication dans la revue Physical Review Letters / 30-Aug-2024
