L’interférence quantique peut voyager dans l’espace

Dans une preuve pour démontrer la capacité des satellites à envoyer des messages chiffrés, les scientifiques ont mesuré les propriétés quantiques des photons envoyés dans l’espace et retransmis sur Terre.


Les scientifiques ont prouvé que l'interférence quantique peut voyager dans l'espace
Les scientifiques ont utilisé un télescope (dans l'image) pour diriger des photons vers des satellites et ils ont ensuite mesuré les propriétés quantiques à leur retour. Le laser vert visible dans l'image est utilisé pour traquer la position des photons sur le satellite. Ainsi, cette technique prouve que la communication quantique dans l'espace est possible.

Les physiciens ont envoyé un flux de lumière vers un satellite qui l’a renvoyé sur Terre. Dans le flux de retour, l’équipe menée par Paolo Villoresi de l’université de Padoue en Italie, a observé une propriété connue comme l’interférence quantique. Cela a confirmé que les caractéristiques des particules sont restées intactes pendant le voyage dans l’espace sur une distance de 5 000 kilomètres. Les travaux sont publiés dans la revue Physical Review Letters.

Cette technique permettrait d’utiliser le chiffrement quantique par satellite permettant aux utilisateurs d’utiliser des clés très sécurisées pour envoyer une information secrète. C’est important pour la communication sécurisée et la physique selon Villoresi.

L’interférence quantique est une caractéristique des particules telles que les photons. De la même manière que les vagues dans un étang, augmentant et diminuant à mesure qu’elles se heurtent entre elles, les particules quantiques, qui ont des propriétés comme des ondes, peuvent interférer l’une avec l’autre. Cette interférence amplifie ou diminue la probabilité qu’une particule va apparaitre à un temps ou un lieu donné.

Pour produire l’interférence quantique, les scientifiques ont d’abord séparé les photons en 2 et c’est possible parce que les particules peuvent être en 2 endroits en même temps et c’est une propriété qu’on connait comme la superposition. Les scientifiques ont envoyé des impulsions de lumière avec un appareil optique, conçu de telle manière que chaque photon traverse les 2 chemins en même temps avant de se recombiner sur l’autre côté. Mais étant donné que l’un des chemins était plus long, quand un photon atteignait l’autre extrémité, il a été séparé en 2 paquets avec un décalage de quelques milliardièmes de seconde par rapport à l’autre. On connait cet état comme une superposition temporelle.

Un télescope, situé au Matera Laser Ranging Observatory en Italie, a ensuite envoyé les photons sur un satellite en orbite qui était équipé avec des réflecteurs afin de renvoyer les photons sur Terre. Les photons sont retournés au télescope et ils ont atterri de nouveau sur l’appareil optique équipé d’un détecteur. Grâce à l’interférence quantique, la répartition du temps d’arrivée des photons a subi des variations. Et la quantité de l’interférence dépendait de la vélocité du satellite correspondant avec les prédictions des scientifiques.

C’est très difficile de créer ces connexions entre un satellite et une station terrestre selon le physicien Hugo Zbinden de l’université de Genève. Les scientifiques avaient déjà envoyé des photons avec des propriétés quantiques via un satellite, mais ces photons étaient dans une superposition polarisée. Cela signifie que les champs électriques des photons étaient orientés dans 2 directions en même temps. Les superpositions temporelles sont supérieures aux superpositions polarisées. Par exemple, on peut perdre la polarisation quand les photons rebondissent sur le satellite selon Zbinden.

Ces nouveaux résultats indiquent que la communication quantique pourrait fonctionner en dehors des laboratoires. Selon Alexander Sergienko, la grande question était si la propriété quantique pouvait survivre sur une grande distance et nous avons désormais la réponse que c’est possible.

 

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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