La combinaison d'un algorithme d'inspiration quantique et de technologies de traitement de l'information quantique pourrait permettre aux chercheurs de mesurer des masses d'objets cosmiques qui courbent la lumière de manière presque imperceptible.
Un amas de galaxies produit une lentille gravitationnelle qui courbe la lumière autour de lui
La physique quantique pourrait être l’ingrédient secret de la compréhension des objets cosmiques que nos télescopes ne peuvent pas nous montrer en détail, voire pas du tout.
Pour comprendre l'espace, nous collectons et analysons la lumière qui se propage depuis des objets comme les étoiles jusqu'à nos télescopes, mais cette lumière ne se déplace pas toujours en lignes droites. Souvent, lorsqu'elle passe à côté d'un objet très massif, comme une planète ou un trou noir, la trajectoire de la lumière se courbe et crée des images déformées, comme si une lentille supplémentaire avait été ajoutée quelque part en cours de route.
Mais qu’en est-il des objets qui ne sont pas des poids lourds cosmiques et qui ont des masses relativement faibles ? Les méthodes d'imagerie traditionnelles ont du mal à gérer de tels événements de « microlentille », mais Zhenning Liu de l'Université du Maryland et ses collègues ont maintenant montré qu'un protocole d'analyse de la lumière qui tient compte de son caractère quantique pourrait être bien meilleur.
Ils se sont concentrés sur l’exploitation des propriétés quantiques de la lumière pour discerner la masse des objets à l’origine des microlentilles. Liu affirme que les chercheurs peuvent déterminer quand un événement de microlentille se produit, car la lumière devient plus brillante. Cela leur permet de savoir qu'il y a un objet entre nous et la source de lumière, mais si cet objet n'est pas énorme, ils ne peuvent pas déduire sa masse à partir des propriétés de la lumière déjà mesurées par les télescopes. De tels objets pourraient inclure de petits trous noirs isolés et même des planètes voyou.
Mais la lumière est constituée de photons, qui sont des particules quantiques, de sorte que les informations sur leur voyage vers la Terre sont également codées dans leurs propriétés quantiques. Notamment, chaque fois qu'un photon a la possibilité d'emprunter plusieurs chemins différents autour d'un objet, chacun nécessitant un temps de trajet différent, cette différence modifie les propriétés quantiques du photon. Étant donné que les particules quantiques peuvent parfois se comporter comme des ondes, ces photons peuvent effectivement emprunter simultanément les deux chemins autour d’un objet, comme une vague d’eau rencontrant un rocher. Le protocole de l'équipe excelle dans l'extraction de la différence de temps entre les deux trajets, qui peut ensuite être traduite en masse de l'objet.
Liu dit qu'une planète ou un trou noir créant des microlentilles ne serait pas nécessairement invisible dans toutes les autres observations. Mais ces méthodes peuvent nécessiter de collecter beaucoup plus de lumière, ce qui équivaut à devoir construire des télescopes toujours plus grands. L’approche quantique fonctionnerait avec relativement peu de photons.
Par exemple, l'analyse mathématique de son équipe a montré que le protocole fonctionnerait bien pour les étoiles du renflement galactique, une partie de la Voie lactée où des objets sombres ont déjà été découverts grâce à des études sur les lentilles gravitationnelles. Étant donné que le nouveau protocole ne nécessite pas d’ordinateur quantique à part entière et pourrait être mis en œuvre avec des appareils plus standards capturant et analysant un photon à la fois, combinés à des ordinateurs conventionnels, il a également une chance d’être testé en pratique d’ici quelques années.
Daniel Oi, de l'Université de Strathclyde au Royaume-Uni, affirme que l'approche quantique offre une amélioration exponentielle de la capacité à extraire des informations de retard de la lumière, un avantage qu'il compare au Saint Graal de la technologie quantique. Oi affirme que les technologies quantiques conviennent naturellement aux signaux astronomiques faibles, comme un petit nombre de photons, car la théorie quantique est à l'origine de nombreuses limites sur la précision avec laquelle quelque chose peut être mesuré en physique.
Référence: arXivDOI : 10.48550/arXiv.2510.07898
