Dans une démarche qui ravira sûrement les écologistes et déroutera quiconque se souvient de ses cours de physique, des chercheurs ont démontré que la bonne vieille lumière du soleil peut générer de l'intrication quantique – un phénomène que l'on croyait auparavant nécessiter l'effort cohérent et concentré d'un laser bien réglé. Parce que pourquoi utiliser un laser précis et énergivore quand on peut simplement... ouvrir les rideaux ?

Les résultats, publiés dans Optica, montrent que la lumière du soleil peut produire une intrication comparable aux techniques basées sur le laser, à condition de tenir compte des différences de bande passante. Les travaux sont le fruit d'une collaboration entre le groupe de Robert Boyd à l'Université d'Ottawa et l'équipe de Hanieh Fattahi à l'Institut Max Planck pour la science de la lumière (MPL) en Allemagne. Parce qu'apparemment, la coopération internationale est aussi nécessaire pour exploiter la puissance du soleil.

« L'intrication quantique est cruciale pour des applications telles que la communication sécurisée, la détection ultra-précise et le calcul haute performance », a déclaré Cheng Li, récent diplômé de l'Université d'Ottawa et premier auteur de l'article. « Nos travaux montrent que des sources de lumière naturelle abondantes peuvent être utilisées pour l'intrication quantique, ouvrant la possibilité de technologies quantiques plus économes en énergie et plus accessibles. »

En d'autres termes, votre futur ordinateur quantique pourrait être alimenté par la même chose qui vous donne des coups de soleil. Li a également noté que « cette technologie pourrait un jour permettre aux satellites de créer des clés de cryptage sécurisées en utilisant la lumière du soleil déjà abondante dans l'espace, réduisant ainsi le besoin de lasers embarqués et d'une grande partie du matériel de support. » Parce que pourquoi emporter un laser dans l'espace quand le soleil est juste là, en train de faire son truc ?

L'équipe a remis en question l'hypothèse de longue date selon laquelle l'intrication quantique nécessite une lumière cohérente – le genre où les ondes sont synchronisées et prévisibles, comme un laser. Des travaux antérieurs de l'équipe de Boyd avaient déjà montré qu'une LED, une source de lumière incohérente, pouvait produire des photons intriqués en polarisation. Maintenant, ils sont passés à la lumière du soleil, qui est encore plus chaotique, se propageant dans toutes les directions et arborant un arc-en-ciel complet de couleurs.

Pour maîtriser ce chaos, les chercheurs ont utilisé la conversion paramétrique spontanée vers le bas (SPDC), un processus où un faisceau pompe entre dans un cristal non linéaire et divise les photons en paires intriquées. Au lieu d'une pompe laser, ils ont utilisé de la lumière solaire fortement polarisée, qui restait hautement incohérente dans l'espace et le temps mais oscillait dans une direction constante. « Nous avons conçu notre dispositif expérimental pour que les différences introduites par les différentes couleurs et directions de propagation n'influencent pas la polarisation des photons », a expliqué Li. « Comme le prédit notre théorie, si l'intrication ne vit que dans la polarisation, elle ne devrait dépendre que de l'ordre de la pompe dans sa direction d'oscillation et non de sa direction ou de sa couleur. »

Mais il y avait un hic : le cristal non linéaire ne fait qu'environ un millimètre de diamètre, il fallait donc concentrer la lumière du soleil. L'équipe de Fattahi au MPL a construit un concentrateur solaire tout en verre qui utilise une lentille de Fresnel de la taille d'une fenêtre de maison pour canaliser la lumière du soleil dans une fibre optique d'environ la largeur d'un cheveu humain, puis la diriger sur le minuscule cristal. Parce que rien ne dit « optique quantique » comme un dispositif qui ressemble à une loupe géante.

Des expériences en extérieur au MPL ont confirmé la théorie : la tomographie d'état quantique a montré que l'intrication produite par la lumière du soleil était similaire à environ 94 % d'un état parfaitement intriqué, et les photons violaient l'inégalité de Bell, prouvant qu'ils étaient véritablement intriqués et non simplement en désaccord classique.

L'équipe travaille maintenant à augmenter la luminosité et à améliorer la qualité de l'intrication, avec l'espoir de sortir le système du laboratoire. Ils suggèrent également que l'approche pourrait fonctionner avec d'autres techniques optiques non linéaires comme le mélange à quatre ondes, ouvrant potentiellement de nouvelles portes en photonique quantique.

Bien sûr, la communauté scientifique avait ses doutes. « Depuis le début de ce projet, notre idée a rencontré des doutes et des résistances répétés », a déclaré Li. « Certains chercheurs de renommée mondiale ont r