fr.wedoany.com Rapport : Des chercheurs du département de physique de l’Université de Vilnius, en Lituanie, ont développé un modèle théorique permettant de remodeler des faisceaux laser porteurs de torsion et de polarisation en « préprogrammant » des atomes, uniquement à l’aide de la lumière. Cette étude, menée par l’étudiant en master Dharma Prasetya Permana, en collaboration avec le Dr Mažena Mackoit-Sinkevičienė, le Dr Julius Ruseckas et le Dr Hamid Reza Hamedi de l’Institut de physique théorique et d’astronomie, ouvre une nouvelle voie pour le contrôle sans champ magnétique de la lumière structurée dans les technologies quantiques. Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Physical Review A.
Les travaux de l’équipe se concentrent sur les vortex optiques, des faisceaux lumineux dont la structure se tord lors de leur propagation. Contrairement aux tourbillons d’eau où la matière tourne, les vortex optiques sont des distorsions de la structure de l’onde lumineuse, dont le front d’onde forme une structure en spirale. L’intensité lumineuse au centre du faisceau tombe à zéro, laissant un petit noyau sombre dont la taille est déterminée par une quantité appelée charge topologique, qui représente le nombre de tours complets que le front d’onde effectue autour de l’axe du faisceau. Une charge topologique nulle signifie aucune torsion ; l’augmenter rend la structure plus prononcée, et plus la charge est élevée, plus la torsion est serrée. Théoriquement, la charge topologique peut prendre n’importe quelle valeur entière, positive ou négative, ce qui rend les vortex optiques attrayants pour coder des informations, permettant de créer jusqu’à dix mille états différents. Les chercheurs ont déjà commencé à utiliser ces vortex lumineux pour construire des canaux de communication quantique avancés. Contrairement aux bits quantiques qui ne possèdent que deux états, les vortex optiques permettent de coder l’information dans des états quantiques de dimension supérieure, appelés qudits, augmentant ainsi considérablement la quantité de données transportées par un seul photon.
La propagation de la lumière implique deux modes de contrôle : la polarisation et le vortex. La polarisation décrit la direction d’oscillation de l’onde, tandis que le vortex décrit la forme globale du faisceau. Lorsque les scientifiques combinent ces deux concepts, ils obtiennent un vortex vectoriel, un faisceau lumineux possédant à la fois un motif structurel et un mode d’oscillation. Pour contrôler les vortex vectoriels et les utiliser dans le traitement avancé de l’information, les chercheurs ont étudié comment ces faisceaux interagissent avec un gaz d’atomes, en choisissant un milieu atomique à trois niveaux d’énergie. Le modèle théorique développé par les chercheurs montre comment ces atomes peuvent être « préprogrammés » pour modifier la forme des vortex vectoriels optiques. Lorsqu’une telle lumière traverse le milieu atomique préparé, les atomes répondent de manière hautement structurée, héritant du motif spatial de la lumière, créant des zones de forte absorption et des zones presque transparentes. Cela établit un mécanisme de rétroaction entre la lumière et la matière : la lumière façonne la réponse des atomes, et la réponse des atomes remodèle à son tour la lumière. Le faisceau se transforme au cours de sa propagation, passant d’une simple distribution d’intensité annulaire à un motif en forme de pétales, où la lumière se concentre en plusieurs lobes brillants disposés autour du centre, tandis que la structure de polarisation du faisceau évolue également.
Cette étude positionne les atomes préprogrammés comme un outil puissant pour contrôler la lumière, avec des implications potentielles pour le calcul quantique et la transmission de données à haute densité. Auparavant, contrôler la lumière structurée de cette manière nécessitait des dispositifs à champ magnétique externes complexes et coûteux, limitant l’intégration des systèmes. Cette méthode, entièrement optique, élimine le besoin de champs magnétiques en utilisant la lumière elle-même pour « programmer » les atomes, offrant une manière plus flexible et évolutive de contrôler les interactions lumière-matière, jetant ainsi les bases de processeurs quantiques plus rapides, de réseaux de communication quantique hautement sécurisés et de capteurs optiques extrêmement précis.
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