Que se passerait-il si vous pouviez cacher une image à la vue de tous, si bien que même les caméras les plus avancées ne pourraient la détecter ? Imaginez encoder des informations visuelles en utilisant les propriétés de l’optique quantique, les rendant invisibles aux technologies d’imagerie normales. C’est exactement ce qu’une équipe de chercheurs de l’Institut de Nanoscience de Paris à l’Université de la Sorbonne a accompli, en utilisant des photons intriqués pour développer une nouvelle méthode d’imagerie quantique.
Hugo Defienne et son équipe ont développé une technique permettant d’encoder des images dans les corrélations spatiales entre des photons intriqués – des particules de lumière liées de manière à ce que leurs degrés de liberté spatiaux soient fortement corrélés, même sur de grandes distances. Selon Chloé Vernière, candidate au doctorat sous la supervision de Defienne et première auteur de l’étude publiée dans Physical Review Letters, « les photons intriqués sont fondamentaux pour de nombreuses applications, telles que l’informatique quantique et la cryptographie. Par conséquent, il est crucial de pouvoir adapter les corrélations spatiales des photons pour répondre à des besoins différents. »
L’équipe a exploré comment façonner cette propriété quantique pour encoder des informations visuelles de manière à ce qu’elles soient invisibles aux caméras standards. Ils ont utilisé un processus connu sous le nom de conversion paramétrique spontanée (CPS) pour produire des paires de photons intriqués. En faisant passer un photon d’une haute énergie provenant d’un laser bleu à travers un cristal non linéaire, ce photon se divise en deux photons intriqués de plus basse énergie.
Le dispositif expérimental implique de projeter, à l’aide d’une lentille, une image sur le cristal non linéaire dans le chemin du laser bleu. Sans le cristal, cet agencement se comporte comme un système d’imagerie conventionnel, produisant une image de l’objet. Cependant, lorsque le cristal est présent, le processus de CPS se produit, et seules les paires de photons intriqués atteignent la caméra.
Ce qui se passe ensuite est frappant : au lieu de voir l’image, la caméra enregistre une intensité uniforme, ne révélant aucune trace de l’objet original. Ses informations sont maintenant cachées au sein des corrélations quantiques entre les photons intriqués. Pour découvrir l’image cachée, les chercheurs ont utilisé une caméra sensible à un seul photon et ont développé des algorithmes pour détecter les coïncidences de photons – des événements où des paires de photons intriqués arrivent à la caméra simultanément.
En analysant ces coïncidences, les chercheurs ont été capables de reconstruire l’image basée sur les corrélations spatiales des paires de photons. « L’image est transférée dans les corrélations spatiales des photons », explique Defienne. « Si vous essayez de l’observer comme vous le feriez avec une imagerie normale en comptant simplement les photons individuels, vous ne verrez rien. Mais si vous mesurez les arrivées simultanées des photons et analysez leur distribution spatiale, l’image apparaît. La clé ici est que nous exploitons les propriétés quantiques de la lumière qui ne sont généralement pas utilisées dans l’imagerie conventionnelle. »
Vernière ajoute : « Cette approche est très flexible et relativement simple dans sa conception expérimentale, ce qui la rend prometteuse pour des applications pratiques. Nous croyons qu’en contrôlant les propriétés du cristal et du laser, il pourrait être possible d’encoder plusieurs images dans un seul faisceau de photons intriqués. »
Cette technique pourrait également être utilisée dans des applications pour des communications quantiques sécurisées ou même l’imagerie à travers des milieux diffusants, comme le brouillard ou les tissus biologiques, car la lumière quantique est plus forte et plus résistante que la lumière classique.
En conclusion, cette recherche marque une avancée significative dans le domaine de l’imagerie quantique et ouvre de nouvelles avenues, tant sur le plan théorique que pratique, pour des innovations futures dans des domaines variés tels que la sécurité des données et l’imagerie médicale.