Une caméra quantique image des objets n’ayant jamais été touchés par la lumière

Une équipe de chercheurs chinois a conçu un dispositif quantique permettant de générer des images d’objets n’ayant jamais été réellement atteints par la lumière. Une telle approche pourrait notamment être utilisée pour l’imagerie des tissus et des matériaux les plus fragiles.

Labyrinthe quantique

Les appareils photo et caméras classiques captent la lumière réfléchie par les objets pour créer des images. Par conséquent, les sujets faiblement éclairés, n’entrant en contact qu’avec une poignée de particules lumineuses, ou photons, apparaissent flous. Dans le cadre de travaux pré-publiés sur le serveur arXiv, Xiaosong Ma et ses collègues de l’université de Nanjing ont développé un dispositif exploitant la physique quantique pour imager des objets n’ayant jamais été frappés par la lumière.

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Se résumant à un labyrinthe de lentilles, de miroirs et de cristaux minutieusement positionnés afin que de la lumière soit produite à une extrémité et détectée à l’autre, leur système a été utilisé pour obtenir un « cliché quantique » d’une petite plaque sur laquelle avaient été gravées trois lettres, elle-même placée entre deux des miroirs.

Plutôt que d’utiliser la lumière naturelle ou le flash d’un appareil photo, l’équipe a frappé l’un des cristaux du dispositif avec un faisceau laser, entraînant l’émission de paires de particules lumineuses qui ont ensuite voyagé à travers le labyrinthe sans jamais toucher l’objet.

Si certaines d’entre elles ont emprunté un chemin comportant un embranchement qui aurait pu les mener à la plaque, elles ont sytématiquement suivi l’autre direction. Cependant, grâce à certaines bizarreries quantiques, la simple possibilité de ce chemin alternatif a suffi à encoder des informations sur l’objet à l’intérieur des particules lumineuses. À la sortie du labyrinthe, la lumière a atteint un détecteur qui a enregistré ces propriétés, puis un ordinateur les a utilisées pour générer l’image finale des trois lettres.

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Une approche contre-intuitive

« La physique quantique est souvent contre-intuitive par rapport à notre expérience quotidienne, mais ici, elle nous aide à aller au-delà de l’imagerie conventionnelle », explique Ma. Selon lui, cette nouvelle méthode pourrait permettre d’étudier des objets tels que des cellules vivantes fragiles dont les structures changent lorsqu’elles sont directement atteintes par des particules lumineuses.

De son côté, Radosław Łapkiewicz, de l’université de Varsovie, pense qu’elle pourrait également être utile pour imager des matériaux répondant à un type particulier de lumière (comme l’infrarouge), mais pas à un autre (comme la lumière visible), avec des photons « complémentaires » et « signaux » respectivement constitués de ces types de lumière. « Dans la configuration actuelle, les photons sont susceptibles d’atteindre l’objet, ce qui constitue un axe d’amélioration », conclut-il.