De nouvelles recherches ont permis pour la première fois de comparer les structures spatiales et les positions de deux objets distants, qui peuvent être très éloignés les uns des autres, en utilisant simplement une simple source de lumière thermique, un peu comme une étoile dans le ciel.

Cette technique de détection, présenté par le Dr Vincenzo Tamma à l'Université de Portsmouth en collaboration avec l'Université de Bari en Italie et l'Université du Maryland, Comté de Baltimore aux États-Unis dans la récente publication dans Optique Express , permet la comparaison de la structure spatiale d'un objet distant avec un objet de référence, ouvrant la voie à d'importantes applications de télédétection.

La technique s'appuie sur le célèbre effet Hanbury Brown et Twiss, utilisé à l'origine pour mesurer la taille angulaire d'une étoile lointaine, qui a donné naissance au nouveau domaine de l'optique quantique. Les nouvelles recherches rapportées ont maintenant fait franchir un pas important à la physique derrière cet effet.

Le Dr Tamma a déclaré :« Ces résultats approfondissent non seulement notre compréhension de la physique intéressante derrière l'interférence multiphotonique, mais présentent également un intérêt pour le développement de technologies quantiques pour la télédétection, l'imagerie biomédicale et le traitement de l'information."

Le phénomène d'interférence multiphotonique au cœur de cette nouvelle technique de détection a été prédit pour la première fois par le Dr Tamma et son étudiant Johannes Seiler en 2014 et signalé comme Fast Track Communication dans le journal Nouveau Journal de Physique . Le caractère contre-intuitif de ce phénomène le rendait difficilement acceptable par une partie de la communauté scientifique. Néanmoins, elle a déjà donné lieu à trois vérifications indépendantes (ici, ici et ici) dans trois scénarios expérimentaux différents aux États-Unis, Italie et Corée du Sud.

Dans la récente publication en Rapports scientifiques en collaboration avec l'Université de Bari, cette technique a été expérimentalement employée pour la caractérisation spatiale de deux objets distants, à savoir deux masques à double sténopé, à des distances qui, en principe, peut être arbitrairement grand.

Dans le montage expérimental, la lumière thermique frappe un séparateur de faisceau équilibré, puis atteint les deux masques à double trou d'épingle distants via les deux canaux de sortie du séparateur de faisceau.

Le Dr Tamma a déclaré :« Dans l'expérience rapportée ici, la distance entre les deux trous d'épingle est suffisamment grande pour qu'il n'y ait aucune cohérence entre la lumière qui les traverse. L'expérience classique de la double fente de Young nous apprend que dans ce cas, aucune interférence d'un seul photon ne peut être mesurée séparément derrière chaque masque. Néanmoins, l'interférence multiphotonique est observée en effectuant des mesures de corrélation avec deux détecteurs, un placé derrière chacun des deux masques. Encore plus intéressant, la figure d'interférence mesurée nous permet de récupérer des informations sur la position et la structure spatiale des deux masques.

"Remarquablement, cette technique de détection permet la mesure, par interférence multiphotonique, du rétrécissement/étirement relatif d'un objet par rapport à l'autre. Par ailleurs, si les deux détecteurs sont déplacés, symétriquement, plus loin de l'axe optique, il est même possible d'augmenter la sensibilité de la mesure aux changements dans les structures spatiales de l'objet. Une analyse similaire peut être effectuée pour déterminer la position relative des deux objets différents."

L'application de cette technique à la détection d'objets distants arbitraires pourrait ouvrir la voie à un large éventail d'applications en télédétection. Par ailleurs, l'extension de ce schéma à l'utilisation de photons intriqués peut conduire à des applications en métrologie de haute précision au-delà de toute capacité classique.

La physique des corrélations multi-trajets au cœur de cet effet s'est déjà avérée cruciale dans la simulation de portes logiques quantiques avec une source thermique. Cela a des applications potentiellement importantes dans le traitement de l'information et le développement de nouveaux algorithmes optiques.