Les microscopes à super-résolution actuels ou les technologies de balayage laser à microréseaux sont connus pour leurs hautes sensibilités et leurs très bonnes résolutions. Cependant, ils mettent en œuvre une puissance lumineuse élevée pour étudier des échantillons, des échantillons qui peuvent être sensibles à la lumière et ainsi être endommagés ou perturbés lorsqu'ils sont éclairés par ces dispositifs.

Les techniques d'imagerie utilisant la lumière quantique prennent de plus en plus d'importance de nos jours, car leurs capacités en termes de résolution et de sensibilité peuvent dépasser les limites classiques et, en outre, ils n'endommagent pas l'échantillon. Ceci est possible car la lumière quantique est émise en photons uniques, et il utilise la propriété d'enchevêtrement pour atteindre des régimes d'intensité lumineuse plus faibles.

Maintenant, même si l'utilisation de la lumière quantique et des détecteurs quantiques a connu un développement constant ces dernières années, il reste encore quelques problèmes à résoudre. Les détecteurs quantiques sont eux-mêmes sensibles au bruit classique, un bruit qui peut finir par être si important qu'il peut réduire voire annuler toute sorte d'avantage quantique sur les images obtenues.

Ainsi, lancé il y a un an, le projet européen Q-MIC a rassemblé une équipe internationale de chercheurs aux expertises différentes qui se sont réunis pour développer et mettre en œuvre des technologies d'imagerie quantique afin de créer un microscope amélioré quantique capable d'aller au-delà des capacités des technologies de microscopie actuelles.

Dans une étude publiée récemment dans Avancées des sciences , les chercheurs Hugo Defienne et Daniele Faccio de l'Université de Glasgow et partenaires du projet Q-MIC, ont rendu compte d'une nouvelle technique qui utilise la distillation d'images pour extraire des informations quantiques d'une source lumineuse contenant à la fois des informations quantiques et classiques.

Dans leur expérience, les chercheurs ont créé une image finale combinée d'un chat "mort" et "vivant" en utilisant deux sources. Ils ont utilisé une source quantique déclenchée par un laser pour créer des paires de photons enchevêtrés, qui illuminait un cristal et passait à travers un filtre pour produire une image infrarouge (800nm) d'un "chat mort, " ou ce qu'ils appellent le "chat quantique". ils ont utilisé une source classique avec une LED pour produire l'image d'un « chat vivant ». Puis, avec un montage optique, ils ont superposé les deux images et envoyé l'image combinée à une caméra CCD spéciale connue sous le nom de dispositif à couplage de charge multiplié par électrons (EMCCD).

Avec cette configuration, ils ont pu constater que, en principe, les deux sources de lumière ont le même spectre, intensité moyenne, et polarisation, les rendant indiscernables d'une seule mesure de l'intensité. Mais, tandis que les photons qui proviennent de la source classique cohérente (la lumière LED) ne sont pas corrélés, les photons qui proviennent de la source quantique (paires de photons), sont corrélés en position.

En utilisant un algorithme, ils ont pu utiliser ces corrélations de photons en position pour isoler l'image conditionnelle où deux photons arrivent sur des pixels voisins sur la caméra et récupérer l'image « quantique illuminée » seule. Par conséquent, l'image classique de "chat vivant" a également été récupérée après avoir soustrait l'image quantique de l'image directe d'intensité totale.

Un autre problème surprenant de cette méthode est que les chercheurs ont également pu extraire des informations quantiques fiables même lorsque l'éclairage classique était dix fois plus élevé. Ils ont montré que même lorsque l'éclairage classique élevé diminuait la qualité de l'image, ils étaient encore capables d'obtenir une image nette de la forme de l'image quantique.

Cette technique ouvre une nouvelle voie pour l'imagerie quantique et les microscopes quantiques améliorés qui visent à observer des échantillons ultra-sensibles. En outre, les résultats de cette étude montrent que cette technique pourrait être de la plus haute importance pour les communications quantiques. La capacité de mélanger et d'extraire des informations spécifiques portées à la fois par la lumière quantique et classique pourrait être utilisée pour les techniques de cryptage et le codage des informations. En particulier, il pourrait être utilisé pour masquer ou crypter des informations dans un signal lors de l'utilisation de détecteurs conventionnels.

Comme le professeur Daniele Faccio, commentaires, "Cette approche apporte un changement dans la façon dont nous sommes capables d'encoder puis de décoder les informations dans les images, qui, nous l'espérons, trouvera des applications dans des domaines allant de la microscopie au LIDAR secret."