La précision de la mesure des structures nanoscopiques pourrait être considérablement améliorée, grâce à des recherches impliquant l'Université de Warwick et des chercheurs QuantIC de l'Université de Glasgow et de l'Université Heriot Watt sur la détection optique.

QuantIC est le centre technologique britannique Quantum en matière d'imagerie améliorée quantique et fait partie du programme national britannique de technologies quantiques.

En utilisant des paires de photons, composants fondamentaux de l'énergie qui composent la lumière, les chercheurs ont mis au point un moyen de mesurer l'épaisseur d'objets inférieurs à 100, 000ème de la largeur d'un cheveu humain.

La nouvelle technique consiste à tirer deux photons presque identiques sur un composant connu sous le nom de séparateur de faisceau, et surveiller leur comportement ultérieur - avec une trentaine, 000 photons détectés par seconde, et 500 milliards utilisés tout au long d'une expérience complète.

En raison de la tendance des photons identiques à « s'associer » et à continuer à voyager ensemble - le résultat d'un délicat effet d'interférence quantique - la nouvelle configuration des chercheurs offre la même précision et la même stabilité que les techniques à un photon existantes qui, en raison de l'équipement requis, sont plus coûteux.

Offrant une gamme d'utilisations potentielles, y compris la recherche pour mieux comprendre les membranes cellulaires et l'ADN, ainsi que le contrôle qualité des matériaux 2D nanoscopiques de l'épaisseur d'un seul atome, comme le graphène, la nouvelle recherche est également une amélioration marquée par rapport aux techniques actuelles à deux photons avec une résolution jusqu'à 100 fois meilleure.

Pour mesurer l'épaisseur d'un objet transparent (tout objet à travers lequel un photon est capable de passer), chacun d'une paire de photons identiques est tiré le long de chemins distincts :

• Le photon A continue ensuite dans un séparateur de faisceau, tandis que le photon B est ralenti par un objet transparent avant d'entrer dans le même séparateur de faisceau.
• La probabilité que les photons sortent ensemble du séparateur de faisceau est ensuite enregistrée, ce qui permet aux chercheurs de mesurer l'épaisseur de l'objet transparent que le photon B a traversé.

Au fur et à mesure que l'épaisseur de l'échantillon augmente, les photons sont plus susceptibles de sortir du séparateur de faisceau séparément.

Dr George Knee du Département de physique de l'Université de Warwick, qui a développé la théorie derrière la nouvelle méthode, mentionné:

"Ce qui est vraiment excitant avec ces résultats, c'est que nous pouvons maintenant étudier des objets à l'échelle nanométrique avec un capteur optique fonctionnant sur un effet physique fondamentalement différent.

"Jusqu'à maintenant, l'interférence à deux photons n'a pas pu atteindre une résolution aussi élevée, ce qui signifie que nous sommes coincés avec certains des inconvénients des méthodes établies basées sur l'interférence à photon unique - qui nécessitent une technologie plus coûteuse que notre nouvelle technique à deux photons.

"Nous avons réussi à obtenir une grande amélioration en réglant l'interféromètre dans un mode de fonctionnement plus sensible et en supprimant la dérive lente en faisant entrer et sortir l'échantillon à plusieurs reprises.

"Les avantages d'être imperméable aux fluctuations de phase et d'avoir une large plage dynamique signifient que des capteurs tels que le nôtre pourraient avoir un impact important sur l'imagerie biologique et la recherche associée qu'elle alimente."

Co-investigateur QuantIC et chercheur principal sur le projet, Professeur Danièle Faccio, dont la technologie de détection à deux photons a été utilisée pour générer les données a déclaré :

« Les résultats de notre collaboration avec l'Université de Warwick offrent une gamme d'utilisations potentielles, incluant des recherches pour mieux comprendre les membranes cellulaires et l'ADN ainsi qu'un contrôle qualité des matériaux 2D nanoscopiques de l'épaisseur d'un seul atome, comme le graphène.

Nous sommes ravis de faire progresser l'imagerie quantique et d'aider à maintenir la position du Royaume-Uni dans le développement de nouvelles technologies quantiques. »

La recherche, Interférométrie de Hong-Ou-Mandel à résolution attoseconde, est publié par Avancées scientifiques .