Avatars de lumière Diffusé le

La lumière ordonne l'information

Comment tous nos contenus numérisés sont-ils transportés et restitués dans leur intégrité ? Au laboratoire Aimé Cotton d'Orsay (Cnrs), une technique a été mise au point pour transformer des ondes radio en messages intelligibles malgré les brouillages. Par exemple, cela permet à un petit bateau d'être repéré par le radar malgré la présence d'un paquebot à proximité.
Un épisode de la série "Avatars de lumière".

Réalisation : Armand Bernardi

Production : LA HUIT, UNIVERSCIENCE, ARTE G.E.I.E., EPS

Année de production : 2015

Durée : 5min57

Accessibilité : sous-titres français

La lumière ordonne l'information

Episode 6 - La lumière ordonne l'information

Etienne Klein
 
Chaque fois que je me manifeste quelque part, c'est que mes photons ont voyagé...  Comment la lumière parvient-elle à se propager de façon cohérente et ordonnée, de sorte que je puisse ressembler à Etienne Klein trait pour trait ?    

A l'endroit où vous êtes, des milliers d'informations sont en train de s'échanger grâce à toutes sortes de vecteurs. Comment toutes ces conversations, ces photographies, ces vidéos sont-elles transportées dans l'espace sans se mélanger entre elles, et comment parviennent-elle à bon port ?  La mise en ordre de toutes ces informations est un sujet crucial. Car sans la maîtrise de cette cohérence, mon avatar aurait cette forme…  

… Ou bien celle-ci !
J'ai dit que la lumière était constituée de particules appelées les "photons", qui sont des entités microscopiques…

En vérité, je vous ai un peu menti…

… car la lumière se comporte aussi comme une onde qui se propage dans l'espace…  
Cette dualité "onde-corpuscule" est un vertige pour le cerveau. Nous, les physiciens, nous sommes obligés de jongler avec ces deux concepts, bien qu'ils soient contradictoires.
Une autre propriété des particules, qu'elles soient de lumière ou de matière, est ce qu'on appelle "la non-séparabilité". Dans certaines situations, deux particules qui ont interagi dans le passé forment un tout inséparable quelle que soit la distance qui les sépare.  Les physiciens ont réussi à tirer parti de ce phénomène, par exemple pour transmettre des messages cryptés de façon parfaitement inviolable.  Mais petite question : lorsque nous faisons passer de l'information par l'intermédiaire d'un photon, dès lors que celui-ci est "ici et partout", comment récupérer de façon ordonnée les informations qu'il transporte ?

Anne Chauvet
Imaginez-vous sur un bateau. Vous voulez vous orientez. Vous voulez savoir s'il y a des obstacles qui vous entourent, comme des cargos…. Mais comment analyser toutes les données qui arrivent sur votre antenne radar ? Il y a une multitude d’informations qui proviennent d’un peu partout et vous n’avez pas le moyen de les trier…
Ce que nous proposons au laboratoire Aimé Cotton, c’est une technique qui permet d’ordonner toutes ces informations de façon à les comprendre. Et la première étape dans cette technique, c’est de transformer les ondes radios en signal lumineux, c’est-à dire en photons....

Etienne Klein
 Alors comment décrypter ce signal lumineux qui contient toutes ces informations radars que l’on veut ordonner ?  

Animation 2D et explication Anne Chauvet
Anne Chauvet
Eh bien, on envoie ce signal sur un cristal comme ceci. Pourquoi un cristal ? Parce qu’un cristal possède des propriétés de régularité que n’a pas un verre par exemple.  Ce cristal, on va le transformer en une sorte de filtre, et pour que ce filtre conserve ses propriétés et bien on refroidit le cristal dans un cryostat ce qui permet de le placer à une température de -271°C....
  Etienne Klein
  - 271 degrés Celsius ! C'est-à-dire une température très proche du zéro absolu, la température la plus basse qui puisse exister ! Dans ce très grand froid, au sein du cristal, les atomes sont presque figés autour de leur position moyenne. Dans ces conditions, on peut "reprogrammer" le cristal, mais comment faire ?
Anne Chauvet
Et bien un cristal est composé d’atomes, et on va faire changer d’énergie ces atomes à l’aide d’un laser.
En fait, le laser envoie des photons sur les atomes. Dans notre expérience, on excite environ la moitié des atomes, et à partir de ce moment-là on va pouvoir dire qu’on a reprogrammé le cristal et utiliser ce cristal comme un filtre.

Anne Chauvet
Le signal lumineux portant toute les informations, toutes les ondes radios arrivent par ici, se réfléchit sur les miroirs et vient ensuite traverser le cristal qui se trouve au fond du cryostat…
Et donc ce cristal réalise l’opération de filtre, donc il va séparer dans l’espace les différentes couleurs du signal lumineux et donc les différentes fréquences radios qui composait l’ensemble des données radars qu’on avait.
Et ensuite en plaçant une caméra on peut enfin trier, récupérer sur le signal de la caméra des informations intelligibles et compréhensibles. Et donc si on en revient à notre bateau, c’est de cette façon qu’on va pouvoir identifier différents bateaux autour de nous....

Anne Chauvet
Grâce à notre dispositif, vous allez être capable de détecter le signal provenant d’un petit bateau, même s’il y a un gros cargo juste à coté qui émet un signal beaucoup plus fort.

C’est la lumière qui permet d’atteindre des performances que l’on ne pourrait pas atteindre autrement...
 Etienne Klein
 Tous ces photons qui me constituent portent chacun une information.   Comme chacun d'entre nous, je suis unique dans l'univers.  Alors si je ne veux pas être dénaturé ou transformé en quelqu'un d'autre, il faut que l'information circule de façon parfaitement ordonnée...

Réalisation : Armand Bernardi

Production : LA HUIT, UNIVERSCIENCE, ARTE G.E.I.E., EPS

Année de production : 2015

Durée : 5min57

Accessibilité : sous-titres français