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Arrêter la lumière avec des atomes

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Direction de la communication

 

Marie Pinhas-Diena, responsable de la communication scientifique l T. 01 44 27 22 89 l M. marie.pinhas@upmc.fr

Arrêter la lumière avec des atomes

Traitement quantique de l’information

L’apport de l’optique à l’informatique et aux télécommunications modernes n’est plus à démontrer, les fibres ayant déjà fait plusieurs fois le tour de la planète pour s’inviter dans nos foyers et dans nos ordinateurs. Mais si le stockage de l’information est « monnaie courante », qu’en est-il de de l’information quantique qui permet de concevoir de nouveaux protocoles inédits ? Julien Laurat, professeur UPMC au laboratoire Kastler-Brossel (LKB, UPMC/ENS/Collège de France/CNRS) explore les propriétés fondamentales de la lumière et son interaction avec la matière pour développer de nouveaux protocoles.

 

Quels sont les différents types d’optique ?

Julien Laurat. L’optique géométrique qui s’appuie sur le modèle des rayons lumineux, permet d’étudier la propagation de la lumière lorsqu’elle rencontre sur son trajet des dioptres, des lentilles ou des miroirs, et la formation des images résultantes dans des instruments tels que les appareils photographiques, les microscopes ou les télescopes. Cependant, de nombreux phénomènes échappent à cette description : la superposition de deux faisceaux brillants peut donner de l’obscurité, la surface d’une flaque d’huile ou d’une bulle de savon fait apparaître une multitude de couleurs ou encore la lumière est éparpillée lorsqu’elle passe à travers un petit trou. La compréhension et la prédiction de ces phénomènes relèvent cette fois du domaine de l’optique ondulatoire. Un troisième modèle est celui de l’optique corpusculaire où la lumière est représentée par un flot de grains de lumière appelés photons.

 

Par réflexion sur un modulateur spatial à cristaux liquides, une superposition de deux différentes hélicités du front d’onde est inscrite dans une impulsion de lumière atténuée au niveau du photon unique. L’impulsion est ensuite ralentie puis stockée dans un ensemble d’atomes froids de césium. Quelques microsecondes plus tard, à la demande, la lumière est réémise en conservant l’information quantique initialement encodée. D. R.

 

Peut-on écrire de l’information dans de si petits éléments ?

J. L. La lumière a cette particularité de posséder de nombreux degrés de liberté, comme par exemple sa polarisation ou encore la possibilité de se propager selon un front d’onde à structure hélicoïdale. Il est ainsi possible d ‘utiliser ces degrés de liberté pour encoder de l’information ou encore manipuler optiquement des objets ou améliorer la sensibilité de certaines mesures. L’équipe « optique quantique » du LKB s’intéresse aux « états exotiques » de la lumière pour les exploiter en cryptographie quantique sur grande distance ou imaginer les disques durs du futur. Nous avons ainsi mis au point des dispositifs expérimentaux qui permettent de ralentir la lumière, de l’arrêter et donc de la stocker dans une mémoire, puis de relire l’information à la demande.

 

Vous travaillez à la conception et à la réalisation de nouveaux outils de stockage et de traitement de l’information.

J. L. En effet, nous développons des mémoires quantiques, des sources de lumière contrôlée photon par photon ou des portes quantiques pour faire interagir cette information. Le projet NanoQIP par exemple porte sur des interfaces entièrement fibrées entre lumière et atomes. Des nanofibres de très petit diamètre servent à la fois à piéger des atomes tout autour de leur surface et à contrôler et interroger ces mêmes atomes grâce à la lumière circulant dans la fibre. Ces interfaces devraient également permettre de générer des photons uniques, de stocker de l’information quantique, ou encore de développer de futurs réseaux quantiques constitués d’ensembles d’atomes connectés par fibres. Dans le cadre du projet HybridNet soutenu par l’European Research Council, nous cherchons à développer les briques de base de « réseaux quantiques » permettant la distribution et le traitement de l’information quantique à grande distance.

 

Pouvez-vous présenter la licence professionnelle « Instrumentation, optique, visualisation » de l’UPMC ?

J. L. La licence « Instrumentation, optique et visualisation » (IOVIS) est délivrée par l’UPMC, en partenariat avec le CFA UPMC. Son objectif est de former des assistant-ingénieurs ayant une double compétence en électronique et en optique associée à une forte coloration en visualisation et traitement des images. Nos apprentis peuvent évoluer dans des entreprises de secteurs variés tels que l’aéronautique, l’automobile, l’instrumentation biologique-médicale et optique, aussi bien dans les PME/PMI que dans les grandes entreprises. La formation a reçu le soutien des chambres de commerce d’Île-de-France, de la société française d’optique (SFO), du groupement des industries françaises de l’optique (GIFO) et de Optics Valley. Elle a été choisie comme « Pépites de l’Université » par le Nouvel Observateur Étudiants cette année.

Pour en savoir plus :

Laboratoire Kastler-Brossel (LKB, UPMC/Ecole Normale Supérieure/Collège de France/CNRS)Nouvelle fenêtre

 

Le site de la licence professionnelle « Instrumentation, optique, visualisation » (IOVIS) Nouvelle fenêtre



13/01/15