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    Un effet quantique permet d'effectuer des mesures infrarouges en détectant la lumière visible

    En créant une paire intriquée d'un photon infrarouge et d'un photon de lumière visible, Les chercheurs d'A*STAR peuvent effectuer des mesures infrarouges sur un échantillon en détectant uniquement le photon de la lumière visible. Crédit: Communication Nature (Réf 2), droit d'auteur (2016)

    En tissant de la magie quantique, Les chercheurs d'A*STAR sont parvenus à quelque chose qui semble être une contradiction dans les termes :utiliser la lumière visible pour effectuer une spectroscopie à des longueurs d'onde infrarouges. Plus mystérieux encore, la lumière visible ne traverse même pas l'échantillon mesuré.

    La spectroscopie infrarouge est largement utilisée par les chimistes pour identifier les produits chimiques à partir de leurs « empreintes digitales » uniques dans la région infrarouge. Cependant, sources de lumière infrarouge, les éléments et les détecteurs ont tendance à avoir des performances inférieures et à être plus chers que leurs homologues à lumière visible.

    Maintenant, Dmitry Kalashnikov de l'A*STAR Data Storage Institute et ses collègues ont trouvé un moyen de surmonter ce problème et de tirer le meilleur parti des deux mondes, en utilisant la lumière visible pour effectuer des mesures dans la région infrarouge.

    Ils y sont parvenus en exploitant un effet quantique connu sous le nom d'intrication. Dans ce phénomène, deux particules quantiques (dans ce cas, particules de lumière appelées photons) sont si intimement liés que le changement de l'état quantique d'une particule modifie simultanément l'état de l'autre particule, même lorsque les deux particules sont séparées dans l'espace. C'est "l'action effrayante à distance" à laquelle Einstein s'est notoirement opposé.

    Kalashnikov et son équipe ont utilisé un cristal spécial pour créer une paire de photons intriqués, un visible et un infrarouge (voir image). Le photon infrarouge a traversé un échantillon, alors que l'optique ne l'a pas fait. Les deux photons se sont ensuite croisés au niveau d'un deuxième cristal et le photon visible a été détecté. Étant donné que tous les changements induits par l'échantillon dans le photon infrarouge se reflètent dans le photon visible, l'équipe a pu déduire des informations sur les propriétés infrarouges de l'échantillon en mesurant uniquement le photon visible.

    Les chercheurs ont démontré le potentiel de cette technique en l'utilisant pour mesurer la présence et la concentration de dioxyde de carbone dans des échantillons d'air.

    "Nous sommes convaincus que cette méthode trouvera une grande variété d'applications pratiques, par exemple dans la surveillance environnementale et le diagnostic sanitaire, " dit Kalachnikov.

    "Cette étude démontre que l'optique quantique sort du domaine de la science purement fondamentale, " ajoute-t-il. " Nous assistons à une montée des applications pratiques dans différents domaines, y compris la cryptographie, métrologie, l'imagerie et la détection. Notre travail est un autre exemple de cette tendance."

    L'équipe a l'intention d'étendre la technique à des longueurs d'onde plus longues dans les gammes térahertz et infrarouge lointain. Ils envisagent également d'intégrer le système sur une plate-forme unique, ce qui faciliterait sa mise en œuvre.

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