Filtre quantique : comment l'intrication traverse un milieu trouble ✛

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Lorsqu'elle traverse un tissu biologique ou un verre dépoli, la lumière se diffuse et perd l'image. Des chercheurs de l'Institut des nanosciences de Paris ont montré qu'un milieu diffusant peut être configuré pour laisser passer des images codées dans les corrélations de photons intriqués, tout en restant opaque à la lumière classique. Pour cela, ils ont utilisé un modulateur spatial de lumière qui ajuste un masque de phase préservant les corrélations quantiques. Le milieu devient ainsi un filtre quantique-classique : le canal quantique reste ouvert, tandis que le canal classique est bloqué. Cela ouvre la voie à la transmission sécurisée d'informations et à de nouvelles méthodes d'imagerie dans des milieux complexes.

L'expérience repose sur la conversion paramétrique spontanée : un laser ultraviolet de longueur d'onde 405 nm éclaire un cristal non linéaire de bêta-borate de baryum, qui génère des paires de photons intriqués à 810 nm. L'objet est codé dans les corrélations spatiales de ces paires : l'image est reconstruite à partir des coïncidences de photons enregistrées par une caméra à résolution temporelle nanoseconde. Le milieu complexe est constitué d'un modulateur spatial de lumière et d'une couche de film paraffiné. Pour trouver le masque de phase approprié, les chercheurs ont optimisé numériquement l'image de corrélation en utilisant la matrice de diffusion mesurée et un état intriqué pilote. En mode classique, le même objet était éclairé par une diode superluminescente et l'image était enregistrée par une caméra ordinaire.

Après optimisation, le milieu devenait transparent pour l'image de corrélation des photons intriqués, mais l'image classique restait complètement floue. Dans des simulations numériques avec 50 solutions non classiques différentes, la précision moyenne de transmission pour l'état intriqué était de 0.92, tandis que pour l'état classique elle n'était que de 0.25. Le résultat clé : une image codée dans les corrélations d'un état à deux photons séparable (non intriqué) n'était pas non plus transmise. Cela prouve que le filtrage est sensible spécifiquement à l'intrication, et non simplement à la présence de corrélations. Des expériences avec différents milieux (un masque de phase aléatoire, une couche de polydiméthylsiloxane de 1 cm d'épaisseur et un milieu épais simulé numériquement) ont confirmé l'universalité de la méthode.

Ce travail introduit un changement conceptuel : un milieu complexe peut non seulement être compensé, mais aussi utilisé comme composant actif et programmable des technologies quantiques. Contrairement aux travaux voisins, qui étudient soit la propagation de photons intriqués dans des milieux diffusants, soit l'utilisation de l'intrication quantique pour améliorer l'imagerie classique, ici le milieu lui-même devient un filtre quantique-classique. C'est la première démonstration expérimentale de transmission sélective d'images fondée sur la différence physique entre états intriqués et classiques, et non sur un traitement informatique. La méthode pourrait être étendue à des milieux dynamiques, comme les tissus biologiques, si l'on accélère l'optimisation et l'enregistrement des corrélations. Théoriquement, on a montré que pour des états intriqués arbitraires et des milieux de complexité quelconque, il existe toujours des solutions non classiques, réalisables par mise en forme du front d'onde sur plusieurs plans. Cela ouvre la voie à l'imagerie quantique dans des conditions réelles, où le milieu évolue dans le temps.