Cette percée pourrait avoir des implications de grande envergure dans l’information quantique, la cryptographie et la récupération d’énergie –

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  • Une équipe de scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos propose que les métasurfaces quantiques modulées puissent contrôler toutes les propriétés des qubits photoniques, une percée qui pourrait avoir un impact sur les domaines de l’information quantique, des communications, de la détection et de l’imagerie, ainsi que de la récolte d’énergie et de quantité de mouvement. Les résultats de leur étude ont été publiés hier dans la revue Lettres d’examen physique, publié par l’American Physical Society.

    “Les gens étudient les métasurfaces classiques depuis longtemps”, explique Diego Dalvit, qui travaille dans le groupe Matière condensée et systèmes complexes à la Division théorique du Laboratoire. “Mais nous avons eu cette nouvelle idée, qui était de moduler dans le temps et dans l’espace les propriétés optiques d’une métasurface quantique qui nous permet de manipuler, à la demande, tous les degrés de liberté d’un seul photon, qui est l’unité la plus élémentaire de la lumière.”

    Les métasurfaces sont des structures ultrafines qui peuvent manipuler la lumière d’une manière qui n’est généralement pas vue dans la nature. Dans ce cas, l’équipe a développé une métasurface qui ressemblait à un réseau de croix tournées, qu’ils peuvent ensuite manipuler avec des lasers ou des impulsions électriques. Ils ont ensuite proposé de tirer un seul photon à travers la métasurface, où le photon se divise en une superposition de plusieurs couleurs, chemins et états de rotation qui sont tous entrelacés, générant ce qu’on appelle l’intrication quantique – ce qui signifie que le photon unique est capable d’hériter de tous ces différentes propriétés à la fois.

    “Lorsque la métasurface est modulée avec des impulsions laser ou électriques, on peut contrôler la fréquence du photon unique réfracté, modifier son angle de trajectoire, la direction de son champ électrique, ainsi que sa torsion”, explique Abul Azad du Center for Nanotechnologies intégrées à la Division Physique des Matériaux et Applications du Laboratoire.

    En manipulant ces propriétés, cette technologie pourrait être utilisée pour coder des informations dans des photons voyageant dans un réseau quantique, depuis les banques, les ordinateurs quantiques et entre la Terre et les satellites. L’encodage des photons est particulièrement souhaitable dans le domaine de la cryptographie, car les “espions” sont incapables de visualiser un photon sans modifier sa physique fondamentale, ce qui, s’il était fait, alerterait alors l’expéditeur et le destinataire que l’information a été compromise.

    Les chercheurs travaillent également sur la façon d’extraire des photons du vide en modulant la métasurface quantique.

    “Le vide quantique n’est pas vide mais plein de photons virtuels éphémères. Avec la métasurface quantique modulée, on est capable d’extraire et de convertir efficacement des photons virtuels en paires de photons réels”, explique Wilton Kort-Kamp, qui travaille dans la division théorique du laboratoire Groupe Matière Condensée et Systèmes Complexes.

    Exploiter les photons qui existent dans le vide et les tirer dans une direction devrait créer une propulsion dans la direction opposée. De même, l’agitation du vide devrait créer un mouvement de rotation à partir des photons tordus. La lumière quantique structurée pourrait alors un jour être utilisée pour générer une poussée mécanique, en n’utilisant que de minuscules quantités d’énergie pour entraîner la métasurface.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Laboratoire national DOE/Los Alamos. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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