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Rien ni personne n'est supérieur à la vérité

Des physiciens stoppent la lumière pendant une minute

Publié par wikistrike.com sur 31 Juillet 2013, 18:03pm

Catégories : #Science - technologie - web - recherche

 

 

Des physiciens stoppent la lumière pendant une minute


 

 

Dans une chambre noire, prenez une lampe torche et une boîte à chaussures. Soulevez le couvercle de la boîte, éclairez l'intérieur et éteignez dès que vous avez refermé le couvercle. Attendez une minute. Rouvrez la boîte. Que se passe-t-il ? Rien et c'est normal. Pourtant, des chercheurs allemands viennent de concevoir un système, une espèce de boîte dans laquelle la lumière est stoppée et réémise une minute plus tard, dès que la boîte s'ouvre ! Pour comprendre à la fois la physique et l'enjeu de cette expérience époustouflante, il faut faire un détour par le monde curieux de l'information quantique.

 

Tout ce que vous voyez sur votre écran, le texte de ce billet, l'image qui l'accompagne, a été codé sous forme de bits. Il en va de même pour les clichés que vous prenez avec votre appareil photo numérique, pour les films de vos DVD, pour la musique de votre lecteur MP3... Toutes ces informations visuelles ou sonores ont été passées à cette moulinette et quand les informations voyagent sur Internet dans les impulsions lumineuses de la fibre optique, elles empruntent aussi cette forme. Dans le monde actuel de l'informatique classique, le bit est ou bien 0 ou bien 1, et rien d'autre. Un jour viendra pourtant où l'on  s'affranchira de cette tyrannie du binaire, où tout est noir ou blanc, ouvert ou fermé, haut ou bas. Dans le monde futur, à peine ébauché, de l'informatique quantique, le bit pourra à la fois être 0 et 1. Comme le disent les physiciens, dans le monde quantique les particules peuvent avoir deux états superposés, être ici et là, comme ci et comme ça. Grâce à sa souple gestion des possibles, le bit quantique (aussi connu sous l'abominablement obscène abréviation de qubit) permettra des tâches impossibles au bit classique

 

Ceci posé, on est encore très loin de l'ère du tout quantique tant sont nombreux les obstacles techniques à surmonter. L'un d'entre eux, et non le moindre, réside dans le domaine des communications : "Il y a un problème majeur quand vous envoyez des photons uniques – des particules de lumière – dans de la fibre optique : ils se font absorber, souligne Hugues de Riedmatten, professeur à l'Institut de sciences photoniques de Barcelone. Pour 100 photons envoyés, il n'en reste plus qu'un au bout de 100 kilomètres." Et, comme me l'a expliqué ce chercheur suisse, au bout de 500 kilomètres, il ne reste plus qu'un photon sur 10 milliards et plus qu'un sur 100 milliards de milliards après 1 000 kilomètres.

 

Le problème existe évidemment aussi dans les télécommunications classiques où il est résolu à l'aide de répéteurs installés le long des lignes, à intervalles relativement rapprochés. Ces dispositifs récupèrent le signal et le ré-amplifient, un peu comme des coureurs de relais qui récupèrent le bâton transmis par un équipier en bout de course et lui redonnent du "jus". Malheureusement, cette solution simple et pratique n'est pas applicable au monde de la communication quantique car une telle opération, qui équivaut à une mesure, détruirait tout ce qui fait l'intérêt de l'information quantique portée par les photons. En effet, dans ce monde bizarre, mesurer tel ou tel attribut d'une particule l'oblige à se décider pour le 0 ou pour le 1 : la mesure démolit la superposition d'états. Cette propriété est d'ailleurs exploitée par la cryptographie quantique puisque si quelqu'un espionne une communication sécurisée avec cette méthode, son intervention est aussitôt détectée...

 

Les physiciens ont donc dû puiser dans leur sac à astuces pour contourner ce problème et concevoir un système de répéteurs quantiques ne faisant que transmettre les états des photons de proche en proche sans jamais les mesurer. Pour cela, ils ont exploité une autre "bizarrerie" quantique, l'intrication. Quand deux systèmes sont intriqués, ils ne forment plus qu'un au sens où leurs états sont les mêmes. Le but du jeu consiste donc à découper la ligne de communication en segments intriqués les uns avec les autres pour pouvoir ainsi transporter l'information d'un bout à l'autre. Toute la difficulté de l'exercice, m'a expliqué Julien Laurat, professeur à l'université Pierre et Marie Curie (Paris) et chercheur au Laboratoire Kastler Brossel, c'est qu'il faut que les extrémités desdits segments soient toutes intriquées en même temps. Or, l'opération ne se décide pas dès qu'on appuie sur un bouton : la durée de construction de l'intrication est aléatoire. "La probabilité pour que tous les événements soient concomitants décroît de manière exponentielle avec le nombre de segments", résume Julien Laurat. Certains segments seront donc préparés avant d'autres et il faudra, le temps que ces derniers soient prêts à leur tour, mettre cette intrication en mémoire. On tombe alors dans un autre casse-tête car allez donc stocker de la lumière dans une boîte...

 

C'est pourtant l'exploit que viennent de réaliser trois chercheurs de l'Université technologique de Darmstadt (Allemagne) grâce à un magistral tour de passe-passe qu'ils décrivent dans Physical Review LettersLeur boîte est un cristal dans lequel sont prisonniers des atomes de praséodyme, lesquels vont être les cibles d'un rayon laser. Le hic, c'est qu'en temps normal, ce cristal est en quelque sorte opaque. Qu'à cela ne tienne : à l'aide d'un second laser et d'un phénomène connu sous le nom de transparence induite électromagnétiquement (TIE), une fenêtre de transparence est ouverte dans le cristal, qui permet à la lumière d'y entrer. Celle-ci y est considérablement ralentie et comprimée, au point qu'une brève impulsion lumineuse de quelques millisecondes, qui, dans le vide, mesurerait 2 kilomètres, tient en moins de 3 millimètres !

 

Puis la TIE est arrêtée, ce qui referme la fenêtre de transparence et la boîte par la même occasion. Les photons sont pris au piège du cristal. De l'extérieur, on a l'impression que la lumière est stoppée mais c'est une illusion – d'où l'expression de tour de passe-passe que j'ai utilisée plus haut. En réalité, l'énergie et les informations des photons sont transférées aux atomes de praséodyme. Toute la difficulté de l'expérience consiste à empêcher ces atomes de les perdre lors d'interactions avec le reste de la matière. L'équipe allemande a, pour préserver cette cohérence, utilisé divers dispositifs et notamment un champ magnétique particulier pour "geler" autant qu'il se pouvait ces interactions destructrices. Cela n'a pas empêché la très grande majorité des informations de disparaître. Toutefois, lorsque les chercheurs ont rouvert la fenêtre de transparence au bout d'une minute, un certain nombre d'atomes de praséodyme ont restitué leur énergie superflue en émettant  des photons porteurs de l'information de départ. Celle-ci contenait une image de trois bandes horizontales, qui a été retrouvée, très atténuée, à la sortie, comme on peut le voir ci-dessous.


 

Une minute, cela peut sembler bien court comme mémoire, mais dans le monde de l'information quantique, c'est plus de temps qu'il ne faut pour synchroniser les segments d'une ligne de communication. Tout en m'expliquant que l'intérêt de cette expérience tient essentiellement dans ce record de durée (le précédent record, qui date du début de l'année, était de 16 secondes avec un gaz d'atomes ultra-froids), Hugues de Riedmatten et Julien Laurat ont insisté sur le fait que l'équipe allemande a travaillé avec de grosses impulsions laser, c'est-à-dire dans le domaine de l'optique traditionnelle, et qu'elle n'est pas descendue dans ce que les physiciens appellent "le régime quantique", celui où les photons sont envoyés un par un. De plus, l'efficacité du procédé est très faible puisque moins de 1 % des photons sont récupérés. Même s'il commence à être balisé, le chemin vers l'informatique et la communication quantiques est encore long.

 

Pierre Barthélémy - Passeur de sciences

Commenter cet article

Laurent Franssen 02/08/2013 16:56


Ouais, les ptits jouets phosporescent c'etait sympa,
c'etait encore + sympa qu'en ce temps la y avait toutes une colonie de lucioles a cote de l'ecole.
J'etais deja content cet ete d'en avoir revu juste une ... 

Nimp 02/08/2013 01:46


 Cela, me rappelle un truc tout con; quand j'étais plus jeune, il y avait des petits jouets dans les boîtes de lessive BONUX que certains connaissent sûrement, dont des jouets en forme de
luciole qui après les avoir exposés à la lumière stockaient les photons et les restituaient à l'extinction de la lumière et cela pendant plusieurs minutes sans problème. 


Ces personnes doivent être les anciens ingénieurs au rebut de chez BONUX qui vont bientôt et avec les explications de la science quantique nous inventés le fil à couper le beurre ! 

Laurent Franssen 01/08/2013 19:30


Apres je voulais un robot geant qui vole pour m'emmener a l'ecole ^*^

C'etais cool les reves de gosse :-) 

Laurent Franssen 01/08/2013 19:29


Moi a cet age la je voulais pouvoir difusser de la musique autour de moi pour que les gens soit + heureux,
et aussi raasembler tous les dechets et les crasses qui trainent pour en faire une boule super condensee qui aurait servi a generer de l'energie... 

Stanislas Bauer 01/08/2013 18:49


Déjà, quand j'avais 10-12 ans ( donc, vers 1963 ) j'avais imaginé de stocker la lumière dans une boîte à miroirs.....

Laurent Franssen 01/08/2013 12:15


Je note que Uni-Ver* prends S.
C'est un argument de poids dans tout un tas de dimensions. 

Laurent Franssen 01/08/2013 11:58


Centre Hospitalier Univers-cite-Terre.

Essaye en corps Mister-Magik. 

Laurent Franssen 01/08/2013 11:53


C'est deja fait, j'habite sur Terre.

Laurent Franssen 01/08/2013 10:57


Ah oui tiens,
Vous connaissez l'experience pseudo-scientifique/ pseudo-philosophique du chat de schroedinger ?

La vrai reponse c'est que si vous restez dans l'incertitude trop longtemps pour ouvrir la boite, le chat est mort dans 100% des cas, a defaut d'air pour respirer.

( Merci les plantes, sur Terre on est safe ^*^ ) 

CHU 01/08/2013 10:56


faudrait vraiment penser a enfermer franssen dans un etablissement spécialisé !

Laurent Franssen 01/08/2013 10:50


Une blague d'intérêt astronomique : 


 


Sherlock Holmes et les étoiles


 


Sherlock Holmes et le Dr Watson sont au camping. Après un bon repas et une bonne bouteille de vin, ils gagnent leur sac de couchage dans la tente et s'endorment.


 


Quelques heures plus tard, Holmes se réveille et aussitôt secoue son compagnon : 


- Watson, regardez le ciel et dites-moi ce que vous voyez. 


- Je vois des milliers d'étoiles. 


- Et qu'est-ce que vous en concluez ? 


- Du point de vue astronomique, répond Watson, cela me dit qu'il y a potentiellement des milliards de planètes et de galaxies. 


Du point de vue astrologique, j'observe que Saturne est en Lion. 


Du point de vue chronologique, j'en déduis qu'il est environ 3 heures 15. 


Du point de vue théologique, je vois que Dieu est tout-puissant et que nous sommes petits et insignifiants. 


Du point de vue météorologique, je pense que nous aurons une belle journée demain. 


Et vous, Holmes ?


 


Sherlock Holmes reste pensif une minute puis déclare :


 


- Watson, vous êtes un âne. On nous a fauché la tente.

Laurent Franssen 01/08/2013 10:21


C'est pas une minutes, c'est une heure, et l'autre annee j'etais fache car il ne l'ont pas faits dans le village , et la nuit noire c'est cool, ca rapelle le reel et on peut observer les
etoiles,
et puis ca fait frissoner aussi  :-) 

Laurent Franssen 01/08/2013 10:19


Les hommes des cavernes y jouent pas a la science nucleaire, ni a la physique quantique , y jouent a la magie de l'ame.

MaxLaMenace 31/07/2013 23:44


Oui on connais tous le earthday où l'on arrête toutes les lumières pendant 1 minute :)


A propos de technologies trop puissantes pour l'humanité , pensez vous que le nucléaire est à la portée de tous les hommes des cavernes avec leur silex que nous sommes? non et bien c'est pareil
pour les autres technologies/energies. du moment qu'elles soient propres


 

Lucifer 31/07/2013 22:04


Juste leur conscience qu'ils ont stoppé, juste.


Faut rester modeste.


Les scientifiques peuvent-ils s'extraire de leur observation?


Perso, je dis que non 


Pourtant c'est une donnée "de poids" , dont la physique quantique nous  enseigne l'interactivité...


Donc, à partir de là...

Laurent Franssen 31/07/2013 20:47


Ahah, 
reprenons Ouvrier
C'est vraiment le monde a l'envers :-)

L'origine de toutes choses, asservie pour vos desir deviendraient d'un coup trop " immature " , c'est la plus grande farce que j'aie jamais entendue xD 

Celato 31/07/2013 20:43


le quantique est une boîte de Pandore. L'espèce humaine est pas prête pour faire mumuse avec autant de données et d'énergie.

Laurent Franssen 31/07/2013 20:32


Les Nazis ont toujours ete les meilleurs dans le domaine de la science :-)

Performance admirable! Parmis d'autres ces jours-ci!

*Veuillez prendre d'extremes precautions le jour ou vous tenterez de synchroniser un photon sur Terre avec un photon dans le soleil.
Il serait d'ailleurs preferable dans tenter l'experience dans un systeme sans vie en but de Terra-formation.

*N'oubliez pas non plus de faire etat des differentes derives constatees auparavant lorsque l'espece humaine a acces a des systemes energetiques dis " illimites".

Bonne vie!

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