En informatique, les schémas de multiplexage sont utilisés pour transmettre plus de signaux que le nombre de canaux de transmission disponibles. Des chercheurs de l'ETH de Zurich ont inventé une nouvelle méthode par laquelle l'information est codée dans le bruit corrélé entre les ondes lumineuses spatialement séparées.

Pour envoyer un maximum d'informations de A vers B en même temps, les scientifiques et les ingénieurs ont développé des techniques de plus en plus sophistiquées au cours des dernières décennies. Ces techniques, généralement connu sous le nom de multiplexage, permettent de transmettre plus de signaux que le nombre de canaux de transmission disponibles. Un exemple typique en est la diffusion radio sur différentes fréquences. Les scientifiques de l'ETH de Zurich ont maintenant inventé une nouvelle technique de multiplexage basée sur le bruit - quelque chose que l'on essaie généralement d'éviter.

Corrélations dans la double fente

Shawn Divitt, qui a initié le développement de la nouvelle technologie il y a deux ans alors qu'il travaillait comme doctorant. étudiant dans le groupe de recherche du professeur Lukas Novotny, avait presque terminé sa thèse quand il a eu une idée. Dans une expérience à double fente - un classique de l'histoire de la physique - il avait étudié comment les corrélations entre les ondes lumineuses dans les deux fentes sont créées et comment elles affectent le motif d'interférence.

Les corrélations indiquent à quel point on peut prédire, par exemple, la phase oscillatoire d'une onde lumineuse si l'on connaît la phase de l'autre onde. Même si les deux phases sont "bruyantes, " ce qui signifie que leurs valeurs fluctuent, ils peuvent encore le faire de façon plus ou moins synchronisée. Si les corrélations sont fortes, un motif d'interférence clairement visible apparaît sur un écran derrière les fentes dans une expérience à double fente. Corrélations faibles, d'autre part, provoquer l'effacement ou la disparition complète du motif d'interférence.

"L'idée était de généraliser ce principe et de l'utiliser pour coder des informations, " explique Divitt. À cette fin, il a calculé les corrélations entre plusieurs ondes lumineuses spatialement séparées, qui peut, par exemple, être transmis par fibre optique. "Ce qui est intéressant, c'est que les corrélations existent entre des paires d'ondes lumineuses, ce qui signifie que le nombre de ces corrélations n'augmente pas linéairement avec le nombre d'ondes lumineuses, mais à peu près quadratique, " dit Divitt.

En principe, donc, il devrait être possible de transmettre six bits d'information à l'aide de quatre ondes lumineuses, 28 bits utilisant huit ondes lumineuses, et ainsi de suite. La valeur "1" d'un bit peut alors être représentée par une corrélation positive (bruit synchronisé), et la valeur "0" par une corrélation négative.

Expérience télécommandée

Sur le papier, ce type de « codage par corrélation » fonctionnait parfaitement. Assurer, cependant, qu'il pourrait également être réalisé dans la pratique, Divitt a également voulu tester dans une expérience. Il y avait un problème, cependant :Divitt est un citoyen américain, et son visa a expiré vers la fin de son doctorat. Donc, il a adopté une approche assez inhabituelle. Avant de retourner aux États-Unis, il a mis en place une expérience dans le laboratoire de Novotny dans laquelle l'encodage d'informations dans un faisceau de fibres optiques est simulé à l'aide d'un modulateur spatial de lumière. Les corrélations entre les ondes lumineuses sont manipulées et ensuite lues à l'aide d'un modèle d'interférence. De retour aux États-Unis, Divitt a commencé l'expérience - par télécommande depuis son ordinateur. En attendant, des collègues de Zurich ont veillé à ce que le dispositif expérimental soit toujours en bon état.

Après, Divitt a analysé les résultats dans son « bureau à domicile » et a constaté que sa méthode fonctionnait réellement. Lui et son doctorat. conseiller ont depuis déposé une demande de brevet pour celui-ci. "Bien sûr, faire des recherches comme ça est quelque peu inhabituel, " commente Novotny. " De plus, cela n'a été possible que parce que l'ETH offre aux gens la liberté nécessaire pour tester des idées folles de temps en temps - si nécessaire, même de loin."

Avantages de sécurité possibles

Divitt et Novotny espèrent que, d'un côté, leur méthode permettra d'augmenter encore plus la capacité de données des câbles à fibres optiques. Comme leur méthode ne nécessite pas de lumière laser cohérente, elle devrait également être moins chère que les technologies conventionnelles. D'autre part, le codage par corrélation pourrait également contribuer à la sécurité des données. Étant donné que les oscillations des ondes lumineuses ne peuvent pas être enregistrées en « temps réel » en raison de leur haute fréquence, un éventuel indiscret devrait détourner une partie considérable de la puissance optique afin d'obtenir une figure d'interférence et donc intercepter l'information. Cette, à son tour, serait remarqué immédiatement, ce qui exposerait l'espion.

Novotny a l'intention d'obtenir un nouveau doctorat. étudiant à bord et d'étudier plus avant les avantages et les inconvénients ainsi que les applications possibles du codage par corrélation. A présent, Divitt vit à Washington, D.C., avec sa famille de cinq personnes, où il travaille comme chercheur en physique. Il garde de bons souvenirs de son séjour à Zurich et de son expérience télécommandée. En tant que jeune doctorant. étudiant, il a acquis l'éthique de travail nécessaire pour mener à bien un tel projet. "Quand j'ai commencé à l'ETH, nous avons déjà eu notre premier fils, j'ai donc dû être bien organisé dès le début, " dit Divitt.