Une nouvelle technique de télémétrie laser, inspirée de la physique quantique, capable de mesurer des distances sous un fort ensoleillement a été démontrée par des chercheurs de l’Université de Bristol. L’équipe a prouvé son hypothèse en testant sa nouvelle méthode sur certains des bâtiments les plus emblématiques de l’Université.
Dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications, les chercheurs ont montré que des idées initialement développées pour la détection quantique peuvent être traduites en systèmes laser pratiques capables de fonctionner dans des environnements réels.
Le « bruit » perturbateur de la lumière solaire et des conditions atmosphériques est l’un des plus grands défis pour la détection optique à longue distance. En supprimant ce bruit tout en maintenant des signaux forts, la nouvelle technique pourrait permettre un large éventail d’applications, telles que l’amélioration des capteurs pour les véhicules autonomes, la topographie de haute précision et la surveillance des infrastructures, les systèmes de navigation et de positionnement, et même les mesures à longue portée pour l’exploration spatiale.
Pour surmonter cette limitation due au bruit, l’équipe s’est inspirée d’un effet quantique connu sous le nom d’« intrication énergie-temps ». Au lieu de générer de la lumière quantique, ils ont recréé ses principales caractéristiques résistantes au bruit en utilisant un système laser classique.
Le système a mesuré la distance sur le campus de l’Université entre le Queens Building et le Wills Memorial Building avec une précision supérieure à 0,1 millimètre sur une distance d’environ 155 mètres, malgré les changements d’ensoleillement et de conditions météorologiques.
Les mesures ont été effectuées en utilisant une puissance laser bien inférieure à celle d’un pointeur laser classique et n’ont pris qu’un dixième de seconde.
En façonnant et en commutant rapidement la couleur des impulsions laser à l’aide de fibres optiques et de modulateurs électroniques, les chercheurs ont produit des signaux avec des corrélations conçues qui se comportent de manière similaire aux signaux quantiques pour rejeter le bruit de fond. Point crucial, ces signaux sont des millions de fois plus brillants que les sources de lumière quantique typiques.
Les auteurs principaux Dr Weije Nie, chercheur associé, et le Prof. John Rarity FRS de l’ École de Génie Électrique, Électronique et Mécanique de l’Université de Bristol, ont déclaré : « Ce travail aborde une question de longue date en détection quantique – savoir si les avantages observés dans les expériences quantiques peuvent être reproduits en utilisant des technologies plus pratiques.
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« Nos résultats montrent qu’une forte réduction du bruit ne nécessite pas nécessairement une véritable intrication quantique. Des corrélations classiques soigneusement conçues peuvent offrir de nombreux avantages pratiques similaires tout en restant évolutives et robustes. »
L’équipe a ensuite validé son approche en effectuant des mesures de distance à travers le campus entre le Queens Building et la tour Cabot voisine, sur des distances dépassant 400 mètres.
Les expériences ont eu lieu en plein jour et sous des conditions météorologiques changeantes, démontrant que le système peut fonctionner de manière fiable en dehors des environnements de laboratoire contrôlés.
Le co-auteur Dr Alex Clark, professeur associé en technologies quantiques à l’ École de Physique, a ajouté : « L’Université a une longue histoire de découvertes en science et technologie quantiques, et il était approprié que nous puissions tester notre nouvelle technique en utilisant certains de nos bâtiments les plus historiques. »
« Les prochaines étapes de cette recherche consistent à augmenter la portée sur laquelle le système peut fonctionner et à miniaturiser le système à fibres optiques en utilisant des dispositifs photoniques intégrés pour faciliter son déploiement. »
Article : Entanglement-inspired frequency-agile rangefinding – Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude
Source : Bristol U.
