Un saut quantique pour les techniques de photographie

Des scientifiques ont exploité les propriétés étranges de la mécanique quantique pour créer une image numérique en utilisant moins d'un photon par pixel. Dans un article publié dans la revue Nature Communications, les chercheurs du groupe d'optique de l'Université de Glasgow (GB), en collaboration avec des chercheurs d'Ottawa (Canada), décrivent comment ils ont photographié une aile de guêpe en utilisant seulement 50 000 photons (en l'occurrence, cela représente moins d'un photon par pixel de l'image), dont aucun n'interagit jamais directement avec l'aile elle-même.

Le processus fonctionne en utilisant l'imagerie fantôme quantique, qui exploite ce qu'Einstein appelait « action fantôme à distance » due à l'intrication quantique, où les photons sont jumelés de sorte que toute mesure sur l'un des jumeaux donne instantanément la connaissance de l'état de l'autre, peu importe la distance qui les sépare.

Le système fonctionne à l’aide d'une source OPO qui génère deux photons infrarouges jumeaux mais séparés spatialement. L'un des photons éclaire l'aile de guêpe tandis que l'autre va au capteur de la caméra. Parce que les photons sont intriqués, l'image est formée sur le capteur de l'appareil par des photons qui n'ont jamais réellement « vu » l'objet. L'expérience est synchrone avec la source de photons, c'est-à-dire que la prise de photographie est déclenchée par l'émission de l'OPO impulsionnel. En raison de la faible luminosité de la source utilisée, l'image semble très bruitée, mais il est possible d'en améliorer le contraste par des techniques de traitement du signal.

Cette photographie "quantique" pourrait trouver un intérêt fort pour les applications d'imagerie par très faible luminosité, par exemple pour les zones où une lumière plus intense pourrait endommager ou estomper des matériaux très fragiles.

Référence : Imaging with a small number of photons, Nature Communications 6, Article number 5913 (janvier 2015)