Les chercheurs ont exploité des matériaux artificiels non locaux pour créer des systèmes optiques imitant des espaces parallèles, des trous de ver et des réalités multiples. Un seul matériau agit simultanément comme deux supports ou dispositifs optiques distincts, permettant à la lumière de connaître différentes propriétés en fonction des limites d'entrée. Les démonstrations incluent des tunnels optiques invisibles et des dispositifs optiques coexistants, ouvrant de nouvelles voies pour des dispositifs optiques compacts et multifonctionnels en introduisant la non-localité comme nouveau degré de liberté pour la manipulation de la lumière.
Et si un seul espace pouvait occuper deux objets différents à la fois, selon la manière dont les photons accèdent à cet espace ? Les scientifiques ont donné vie à ce concept de science-fiction en créant des systèmes optiques qui imitent les phénomènes exotiques des univers parallèles et des trous de ver.
Dans une étude publiée dans Communications naturellesdes chercheurs chinois ont utilisé des matériaux artificiels non locaux pour développer des « espaces photoniques parallèles ».
En manipulant des relations de dispersion décalées dans l’espace d’impulsion, ils ont réussi à créer un matériau unique qui se comporte simultanément comme deux supports ou dispositifs optiques distincts.
La lumière entrant par une frontière présente un ensemble de propriétés optiques, tandis que la lumière entrant dans l'espace par une autre frontière rencontre un ensemble complètement différent, sans aucune interférence entre elles. Cela imite la garde-robe magique du Lion, de la sorcière et de l'armoire magique, où différentes portes mènent à des mondes séparés situés au même endroit (derrière la porte).
« Cette approche nous permet d'émuler des phénomènes de dimension supérieure dans un laboratoire photonique », a déclaré Yun Lai, professeur à l'école de physique de l'université de Nanjing.
« C'est comme héberger deux réalités optiques dans un seul matériau, ouvrant ainsi la porte à des appareils compacts et multifonctionnels qui étaient auparavant inimaginables. »
L'équipe a démontré deux phénomènes remarquables. Premièrement, dans des expériences sur les micro-ondes, les chercheurs ont conçu un matériau artificiel non local allongé agissant comme un « trou de ver » photonique, c'est-à-dire des tunnels optiques invisibles.
Lorsqu'un faisceau gaussien pénètre dans le côté court, il est confiné dans le matériau et transmet comme s'il traversait un guide d'ondes à indice de réfraction nul. Lorsqu'un faisceau tombe sur le côté long, le matériau présente une réflexion proche de zéro en raison de l'adaptation d'impédance omnidirectionnelle dans un espace photonique parallèle, le rendant effectivement invisible à la lumière externe.
Deuxièmement, ils ont réalisé des « réalités photoniques multiples », dans lesquelles le même matériau imite des objets ou des dispositifs optiques arbitraires en fonction de la limite d'entrée.
Dans un exemple, le matériau diffuse la lumière comme un objet en forme de bateau pour la lumière provenant d’une limite, mais se comporte comme un diffuseur de lumière en forme d’arbre provenant d’une autre. Dans un autre exemple, il fonctionne simultanément comme une lentille convexe et une lentille concave, fonctionnant indépendamment comme si les deux lentilles étaient situées dans des dimensions distinctes.
« Nous ne construisons pas de véritables trous de ver ou multivers, mais nous rendons ces concepts pratiques pour l'ingénierie », a noté le chercheur. « Cela pourrait révolutionner toute une série de domaines, depuis les puces photoniques hautement intégrées et les systèmes optiques compacts jusqu'au traitement de l'information photonique, en exploitant la non-localité comme un nouveau degré de liberté. »
Cette percée pourrait transformer la photonique intégrée en permettant des dispositifs optiques plus denses sans diaphonie et avec de multiples fonctions coexistant dans le même espace.
En émulant la physique de haute dimension, ce travail ouvre une passerelle vers des dispositifs multifonctionnels qui transcendent leurs contraintes dimensionnelles, annonçant une nouvelle ère pour la photonique et au-delà.
