L’équipe de recherche du Dr Hyang-Tag Lim au Centre des technologies quantiques de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a démontré le premier réseau de capteurs quantiques distribués à ultra-haute résolution au monde. En appliquant un état quantique intriqué spécial, connu sous le nom d’ « état N00N multimodal », à des capteurs distribués, l’équipe a réalisé une amélioration simultanée de la précision et de la résolution.
La métrologie de précision constitue une base fondamentale pour les sciences et technologies avancées, incluant la bio-imagerie, le diagnostic des défauts des semi-conducteurs et les observations par télescopes spatiaux. Cependant, les technologies de capteurs utilisées en métrologie ont jusqu’à présent été confrontées à une barrière physique connue sous le nom de « limite quantique standard« . Une alternative prometteuse pour dépasser cette limite est le capteur quantique distribué – une technologie qui relie plusieurs capteurs spatialement séparés en un seul système quantique à grande échelle, permettant ainsi des mesures hautement précises. Jusqu’à présent, les efforts se sont principalement concentrés sur l’amélioration de la précision, tandis que le potentiel d’extension de cette approche à l’imagerie haute résolution n’avait pas encore été pleinement démontré.
L’équipe de recherche du Dr Hyang-Tag Lim au Centre des technologies quantiques de l’Institut coréen des sciences et technologies (KIST) a démontré le premier réseau de capteurs quantiques distribués à ultra-haute résolution au monde. En appliquant un état quantique intriqué spécial, connu sous le nom d’ « état N00N multimodal« , à des capteurs distribués, l’équipe a réalisé une amélioration simultanée de la précision et de la résolution.
Les travaux antérieurs sur les capteurs quantiques distribués reposaient principalement sur des états intriqués à photon unique, qui peuvent améliorer la précision, mais sont limités pour les mesures à haute résolution nécessitant une discrimination fine des motifs d’interférence. L' »état N00N multimodal » utilisé par les chercheurs du KIST implique plusieurs photons intriqués le long de chemins spécifiques, produisant des franges d’interférence beaucoup plus denses. En conséquence, la résolution est considérablement améliorée, tandis que les plus infimes changements physiques peuvent être détectés avec une grande sensibilité.
Cette technique non seulement s’approche de la « limite de Heisenberg« , le niveau ultime de précision atteignable avec la technologie quantique, mais a également démontré un potentiel d’applications en imagerie super-résolution. Cette réalisation est particulièrement significative, car elle suggère que la Corée peut se doter d’une compétitivité internationale à un moment où les grands pays avancés, incluant les États-Unis et les nations européennes, ont désigné les capteurs quantiques comme une technologie stratégique de nouvelle génération et investissent massivement dans ce domaine.
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L’équipe a créé un « état N00N multimodal » à deux photons intriqué sur quatre modes de chemin et l’a utilisé pour mesurer simultanément deux paramètres de phase distincts. En résultat, ils ont atteint une précision environ 88% supérieure (amélioration de 2,74 dB) par rapport aux méthodes conventionnelles, démontrant ainsi des performances approchant la limite de Heisenberg non seulement en théorie mais aussi en expérience.
Cette réalisation présente un large potentiel d’applications dans les domaines nécessitant une métrologie de précision, incluant les sciences de la vie, l’industrie des semi-conducteurs, la médecine de précision et l’observation spatiale. Par exemple, elle pourrait permettre l’imagerie haute définition de microstructures subcellulaires difficiles à résoudre avec les microscopes conventionnels, la détection de défauts à l’échelle nanométrique dans les circuits semi-conducteurs, et l’observation précise de structures astronomiques lointaines qui apparaîtraient floues avec les télescopes ordinaires.
« Cette réalisation marque une étape importante, démontrant le potentiel des réseaux de capteurs quantiques pratiques basés sur la technologie d’intrication quantique« , a déclaré le Dr Hyang-Tag Lim du KIST. « À l’avenir, combinée à la technologie des puces quantiques basées sur la photonique silicium, elle pourrait être appliquée à un large éventail d’applications quotidiennes. »
Article : « Distributed quantum sensing with multi-mode N00N states’ – DOI : 10.1103/4vdx-7224
