Dans une fibre optique, lumière et son interagissent fortement

La lumière qui se propage dans une fibre optique rencontre normalement chaque vibration du verre une seule fois, puis poursuit son chemin. Sur ce passage unique, obtenir un échange fort entre lumière et vibrations est extrêmement difficile. À l'Institut Max-Planck pour la science de la lumière et à l'université Leibniz de Hanovre, l'équipe dirigée par Birgit Stiller y est désormais parvenue pour la première fois dans une fibre refroidie, et les travaux sont publiés dans Nature Physics.

Le terme employé est « couplage fort » : un échange quantique entre deux systèmes qui se produit plus vite que le bruit qui le détruirait. L'information est transmise avant d'être perdue à cause des pertes et de la décohérence, cette dérive qui fait que les ondes cessent d'osciller à l'unisson. Jusqu'ici, ce régime n'avait été atteint que dans des cavités optomécaniques, que les auteurs comparent à des pistes de course : la lumière y tourne jusqu'à un million de fois et rencontre sans cesse les mêmes vibrations. Une fibre, elle, ressemble à une autoroute : la lumière ne croise les vibrations qu'une fois.

L'interaction est une diffusion Brillouin stimulée, au cours de laquelle la lumière de la fibre se couple aux vibrations acoustiques du verre. L'équipe a refroidi la fibre à 4 K et a travaillé sans aucun résonateur, optique ou mécanique. Leur preuve est un écart dans la réponse spectrale. Laura Blázquez Martínez, première autrice de l'étude, affirme que cet écart, le signe le plus clair d'un couplage fort, n'est normalement visible que dans des résonateurs. La nouvelle technique de mesure le rend visible dans une fibre, et les auteurs la présentent comme une preuve de concept.

Ce que cela change, et pour qui. Les fibres acheminent déjà l'essentiel du réseau de télécommunications, et Stiller les présente comme une plateforme de mesures quantiques déjà en place. L'équipe y voit des liens entre ordinateurs quantiques et, à terme, des processeurs quantiques eux-mêmes. Aucun dispositif, calendrier ni partenaire commercial n'est annoncé. Ce travail constitue une étape en laboratoire, et les chercheurs le reconnaissent.

Les limites tiennent au cadre et à l'échelle. La mesure a été réalisée à 4 K, une température cryogénique, en un seul passage dans la fibre. L'équipe ne dit pas si l'effet a été reproduit en dehors de sa propre expérience, ni dans des conditions proches de celles d'un réseau de télécommunications. Les auteurs évoquent aussi la masse de la fibre, bien supérieure à celle des micro-résonateurs utilisés jusqu'ici, comme une piste pour étudier les propriétés quantiques d'objets plus grands. Cette question reste ouverte.