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25 Janvier 2001
Par Christophe Jacquemin
Piège à lumière, ou les premiers
pas vers les ordinateurs quantiques du futur ?
| A
l'aide de lasers et d'atomes de sodium ultrafroids, des
physiciens américains ont réussi à
stopper un faisceau de lumière pendant une
milliseconde puis à le restituer à l'identique.
Une première mondiale qui ouvre la porte au stockage
de données dans les futurs ordinateurs quantiques.
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C'est bien connu : pour arrêter la lumière,
il suffit d'envoyer les rayons lumineux sur un matériau
totalement opaque. Mais en s'y prenant de cette façon, c'est
irréversible. La lumière est stoppée, circulez,
il n'y a plus rien à voir. Des travaux publiés ce
25 janvier dans la revue Nature (voir référence de
l'article en fin de texte) montrent cependant que des chercheurs
américains de l'université de Cambridge Massachusetts
ont réussi à stopper un faisceau lumineux en lui faisant
traverser un nuage d'atomes de sodium ultrafroids, puis à
le faire voyager de nouveau sans l'avoir dénaturé.
Quel est le secret d'un tel prodige ?
D'abord, pour mieux s'imprégner du phénomène,
voici comment le présente le physicien Eric Cornell
dans le même numéro de Nature, à la rubrique
"Nouveautés-Point de vue" (voir référence de
l'article en fin de texte) :
 "Imaginez que vous vous trouviez sur un quai de
gare, à attendre le prochain express. En travers des voies,
on a tendu un voile, irisé, fin comme de la soie, qui normalement
devrait être déchiré lors de l'arrivée
du train. A votre plus grande stupéfaction, la locomotive
puis l'ensemble du train disparaît dans l'épaisseur
si fine du voile. Plus aucun bruit dans la gare. Et puis soudain,
de la même façon qu'il avait disparu, le train réapparaît,
cette fois de l'autre côté du voile, poursuivant sa
route à la même vitesse que celle qu'il avait en arrivant"
(...) Il est aussi possible, comme le ferait un magicien en claquant
des doigts, de faire réapparaître à intervalle
régulier, la locomotive, puis un wagon, puis un autre wagon..."
 C'est exactement ce qu'ont fait Lene Haue et son
équipe en utilisant un dispositif complexe utilisant lasers,
miroirs, tubes, polarisateurs et détecteurs (caméra
CCD*).
Le train, c'est le rayon lumineux (une impulsion laser), le voile,
un nuage d'atomes de sodium refroidi à un millionième
de degré au dessus du zéro absolu**.
Le secret a consisté à éclairer ce nuage avec
un laser de couplage : ceci a pour effet d'empêcher les
atomes de sodium d'absorber les photons au passage de la lumière
(on parle alors d'un "milieu transparent"). En pénétrant
dans le nuage d'atomes, les photons sont ralentis, passant
d'une vitesse de 300 000 km/s à une vitesse de groupe près
de 10 millions de fois inférieure (soit 28 m/s). Le train
de lumière, qui s'étirait normalement sur une
longueur supérieure à 2 km, se retrouve en quelques
microsecondes comprimé dans les quelque 0,2 mm d'épaisseur
du nuage. A cette étape, toute l'énergie des photons
est transférée aux atomes de sodium qui en ont "imprimé"
le motif en leur sein Il ne reste plus qu'à éteindre
le laser de couplage, puis à le rallumer : le motif conservé
est alors converti en un nouveau faisceau laser, en tout point identique
à celui de départ.
Autre curiosité : si l'on éteint et rallume plusieurs
fois le laser de couplage, on obtient différentes impulsions
du signal régénéré, chacune exprimant
une partie du motif mémorisé par les atomes.
Selon les auteurs, la possibilité de contrôler
le flux d'information optique prêche en faveur de l'avènement
des ordinateurs quantiques. Même si l'on est encore très
loin de cette technologie d'avenir, une chose au moins est sûre
: on sait désormais qu'il est possible de transporter de
l'information à l'aide du laser et de la mémoriser
dans des atomes.
* CCD : Charge-Coupled
Device
** Le zéro absolu, 0K, se situant à - 273,5°
C.
 Source
:
Nature du 25 janvier 2001, volume 409
- pages 490 à 493 : "Observation of coherent optical information storage in
an atomic medium using halted light pulse", par Chien Liu,
Zachary Dutton, Cyrus H. Behroozi & Lene Vestergaard Hau.
- pages 461et 462 : "Stopping
light in its tracks", par Eric A. Cornell.
Contacts :
Chien Liu - chien@deas.harvard.edu
NB : Les résumés succincts en
anglais (voire quelquefois les articles complets) parus
sur le site web de Nature peuvent être obtenus, après
inscription gratuite, à l'adresse: http://www.nature.com/registration/index.taf?site_source=nature
(attention, pour que l'inscription aboutisse, il faut absolument
cocher dans une des cases à la rubrique State/Region:* du questionnaire,
même si ce n'est pas adapté à votre pays).
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