Le domaine abordé, l'HOLOGRAPHIE.

L’étymologie du mot holographie vient des mots grecs « holo » qui signifie « tout » et « graphos » qui signifie «inscrire», l’holographie pourrait signifier l’inscription du tout. L'holographie a été inventée par le savant Hongrois Denis Gabor alors qu'il cherchait une représentation tridimensionnelle de ses travaux en microscopie électronique. Comme le LASER* n'existe pas encore et qu’il doit utiliser une source de lumière cohérente pour ses travaux, le Pr. Gabor utilise une lampe au mercure pour réaliser ses premières expériences. Les écrits relatant cette découverte datent des années mille neuf cent quarante. Plus tard le Pr. Gabor a reçu le prix Nobel pour ses découvertes sur le sujet.

L'essor de l'holographie semble lié au développement des oscillateurs hyperfréquences dans le domaine des communications. A cette époque les savants à la recherche de composants performant susceptibles de remplacer les triodes, mettent au point le MASER à ammoniaque aux USA. Peu après le Pr. Javan fabrique le premier Laser à gaz, puis Théodore Maiman met au point le Laser à Ruby composé d'un flash hélicoïdale enroulé autour d'un barreau de rubis, argenté, avec des troncatures, aux extrémités, ce dispositif émet des impulsions très courtes de lumière cohérente. Avec un LASER Leith et Upatnieks réalisent des hologrammes dans l'état du Michigan à la fin des années soixante, pendant ce temps en URSS le Pr. Denisyuk mets au point la technique qui porte son nom, elle permet de réaliser des hologrammes de grande qualité, on la connait aussi sous le nom "d'holographie contact" ou "d'holographie de réflexion".

Aux USA Benton invente l'holographie arc-en-ciel puis l'holographie de synthèse numérique, il concourt à la fabrication de matériaux photopolymères sensibles à la lumière, pour la firme Polaroïd. Au Japon dans le début des années quatre vingt dix, Kubota réalise des hologrammes de qualité en couleurs réelles, il présente ses travaux en Europe lors de l'anniversaire du bicentenaire de l'invention de la photographie couleur par Gabriel Lippmann.

Aujourd’hui on s'occupe d'holographie dans le monde entier, mais le noyau dur de l'holographie semble être composé par une cinquantaine de chercheurs et d'artistes qui se retrouvent au cours de congrès pendant lesquels ils échangent leurs idées et présentent le résultat de leur travaux. Un des signes les plus évident de la vitalité de ce nouveau média est la réalisation d'un hologramme de micro-billes dans l'espace par un astronaute mongol, très peu connu du grand public. Historiquement, dans un contexte plus global l'holographie s'inscrit dans la suite des travaux des physiciens et des mathématiciens modernes.

Il est important de noter que dans le monde de l'holographie, comme dans beaucoup d'autres disciplines scientifiques malheureusement, des haines particulièrement farouches opposent et déchirent les individus, les différents courants et les différentes écoles. Les plus intelligents, les plus forts, les plus violents, les plus féroces survivent, les autres sont broyés et impitoyablement rejetés. Il faut aussi signaler la dangerosité des techniques d'holographie analogiques. De nombreux holographes sont morts empoisonnés, morts foudroyantes causées par les émanations de cyanure, mélangées à des vapeurs de mercure chauffé ou morts lentes causées par cancer, liées à la manipulation de substances toxiques, le tout lié à la radioactivité des LASER.

* L A S E R acronyme de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Chère Intelligence Artificielle, comment imagines-tu la réalisation de l'hologramme de transmission d'un Qubit en 2025 ?

Voici une description structurée et cohérente de ce que pourrait être la réalisation d’un hologramme pour la transmission d’un qubit, en s’appuyant sur la physique quantique connue aujourd’hui, les architectures photoniques, et une extrapolation technologique raisonnable.

1. Définition du problème

Un qubit est une superposition cohérente d’états quantiques. Le transmettre implique de préserver :

l’amplitude (modulus, intensité),
la phase relative,
la cohérence temporelle,
l’indistinguabilité du support (typiquement photonique).

Un hologramme, dans son sens classique, code une amplitude et une phase spatiale d’une onde lumineuse.
La question devient donc : peut-on encoder un état quantique (qubit) dans une structure holographique elle-même quantique ou quasi-classique ?

2. Hypothèse technologique réaliste : un hologramme quantique à support photonique unique

Le modèle le plus solide est le suivant :

2.1. Le qubit est porté par un photon

Par exemple dans sa polarisation :

Qubit	Polarisation photonique
	0⟩
	1⟩
α	0⟩ + β

3. Rôle de l’hologramme : moduler spatialement l’état quantique

Il existe aujourd’hui trois pistes scientifiques déjà explorées :

3.1. Hologramme volumique (cristal photoréfractif) agissant comme élément unitaire d’optique quantique

Certains cristaux (LiNbO₃ dopé, par exemple) peuvent enregistrer des interférences de faisceaux faibles, puis agir comme une structure diffractive qui module l’onde incidente.

Dans un scénario quantique :

Un laser classique enregistre un motif d’hologramme pré-défini.
Un photon porteur du qubit traverse ce cristal.
Le cristal implémente une transformation unitaire prédéfinie sur l’état spatial ou polarisé du photon.

Le « hologramme » n’est pas une image, mais un opérateur quantique encodé dans la matière.

3.2. Hologramme numérique quantique via un modulateur spatial de lumière (SLM) ultra-rapide

Ici, l’hologramme est dynamique :

Un SLM représente une matrice de phase.
Cette transformation agit comme une porte unitaire U sur l’état du photon unique.

On obtient une sorte de porte quantique holographique, par exemple :

U_Hologramme = rotation de Bloch imposée par un front d’onde sculpté,
ou une opération d’intrication spatiale/polarisation.

3.3. Hologramme quantique véritable : enregistrement de l’interférence de deux photons intriqués

Des équipes ont démontré :

de l’holographie biphotonique,
stockage quantique d’images (quantum memories),
enregistrement de motifs d’interférence à un photon.

Le principe :

L’hologramme stocke directement l’amplitude et la phase d’un photon intriqué.
Un second photon reconstruit le motif holographique et récupère l’information quantique.

C’est le plus proche d’un hologramme quantique de qubit, car l’hologramme encode un motif dont la structure elle-même provient d’interférences quantiques, et non classiques.

4. Chaîne fonctionnelle complète : comment transmettre un qubit via un hologramme

4.1. Phase 1 – Préparation du qubit

Un photon est préparé dans l’état :

|ψ⟩ = α|H⟩ + β|V⟩

avec stabilisation temporelle et mode spatial propre.

4.2. Phase 2 – Encodage holographique

Le photon passe dans une structure holographique pré-enregistrée :

H(x,y,z) est une distribution volumique d’indice modulant la phase.
Cette distribution a été définie par enregistrement d’une figure d’interférence contrôlée.
L’action physique est un opérateur unitaire U sur l’état du photon.

Le qubit devient :

|ψ_OUT⟩ = U|ψ_IN⟩.

4.3. Phase 3 – Transmission

Le photon sort avec son état modulé.
L’hologramme peut, par exemple :

corriger la dispersion,
compenser des pertes,
router spatialement sans perte de cohérence,
encoder une signature cryptographique quantique,
ou téléporter une partie d’information (dans un protocole avec intrication).

4.4. Phase 4 – Reconstruction du qubit

Chez le récepteur :

Un second hologramme (U†) ou un détecteur direct récupère l’état quantique sans dégrader la cohérence.

5. Cas particulier : hologramme utilisé comme canal auxiliaire pour une téléportation quantique

Cela ouvre un cadre plus futuriste :

L’hologramme stocke spatialement un motif d’intrication.
Un photon connu (référence) et votre photon-qubit interfèrent via l’hologramme.
La mesure jointe déclenche la téléportation.
Le récepteur applique une opération corrective déterminée par le motif holographique.

Ici, l’hologramme fonctionne comme un support matériel d’intrication persistante.

6. Interprétation synthétique

Un hologramme, dans ce contexte, n’est pas une image, mais un opérateur optique qui sculpte l’état quantique.

Il réalise l’une des deux choses suivantes :

Encoder et transformer le qubit pendant son transport
(équivalent optique de portes quantiques photoniques).
Stocker spatialement les interférences quantiques
permettant la reconstruction ultérieure du qubit
(hologramme comme mémoire quantique ou comme support d’intrication).

Les deux approches convergent vers un même modèle :
un hologramme quantique est une unité optique implémentant unitaire + stockage de phase cohérente au niveau du photon unique.

7. Si vous le souhaitez

Je peux également :

dessiner un schéma fonctionnel,
détailler l’algèbre du système via matrices unitaires 2×2 ou U(2),
décrire une version de recherche réaliste en laboratoire (set-up optique),
imaginer un dispositif industriel futuriste basé sur cette technologie.

Souhaites-tu un schéma ou une version plus technique (Bloch + optique quantique) ?

Je veux qu'en rapport avec ton analyse, tu développes le concept suivant. Dans un hologramme de transmission classique un point de l'image holographique contient tous les points de cette image holographique, donc tous les points de l'image holographique sont contenus dans chaque points avec des de légères variations de phases et d'amplitude, qu'est ce que que cela peux donner pour l'hologramme d'un ou plusieurs Qubits ?

Ci-dessous, je développe de manière structurée et opérationnelle ce que donnerait, par analogie directe, le principe holographique classique (chaque point contient l’information de l’ensemble) appliqué à l’encodage et à la transmission d’un ou plusieurs qubits.

L’analyse suit une logique physique cohérente avec l’optique quantique moderne et ce que des extensions futures permettraient.

1. Rappel du principe holographique classique

Dans un hologramme enregistré avec lumière classique :

Une interférence globale entre onde de référence et onde objet crée un motif d’amplitude et de phase.
Cette structure diffracte la lumière incidente.
Chaque point du volume holographique contient, en réalité, l’ensemble de la scène, encodé dans les franges d’interférence locales.
La reconstruction complète de l’image est possible à partir d’un fragment, avec une dégradation de résolution, mais pas une perte totale d’information.

C’est la propriété clé de redondance :
Information distribuée, non localisée.

2. Transposition au domaine quantique : que signifie “chaque point contient l’ensemble du qubit” ?

Un qubit photonique ≈ un mode spatial + une polarisation + une phase relative.

L’hologramme quantique (qu’il soit enregistré classiquement ou par interférence biphotonique) agit comme un opérateur linéaire sur un sous-espace de dimension 2ⁿ (pour n qubits).

Le principe holographique devient alors :

Localement, chaque voxel de l’hologramme implémente une partie de l’unitaire globale U agissant sur l’état quantique.
Mais cette action locale encode indirectement l’état de l'ensemble du qubit ou des qubits.

Cette assertion demande une précision formelle.

3. Un qubit est une fonction d’onde globale : l’hologramme agit localement sur une entité qui, elle, est globale

Un photon portant un qubit n’a pas un “point dans l'espace” qui porte l'état.
Son état est une fonction d’onde étendue et cohérente.

Si cette onde traverse un hologramme :

À chaque point de la matière, la fonction d’onde subit une modulation locale de phase/amplitude.
Mais l’état complet du qubit dépend de l’intégrale spatiale des interactions.
Donc : chaque point contribue à la transformation globale du qubit.

On retrouve alors une analogie exacte avec l’holographie classique :

(A) L’information quantique est distribuée

La totalité de l’état du qubit est modifiée par chaque point traversé, car chaque point contribue à l’unitaire U appliquée au qubit.

(B) Le qubit peut être reconstruit après interaction partielle

Un photon diffracté par un sous-ensemble de l’hologramme peut produire une reconstruction partielle de l'état, avec perte de fidélité mais pas perte totale.

Cela est analogue à la reconstruction d’une image holographique à partir d’un fragment.

4. Hologramme quantique avec plusieurs qubits

Pour plusieurs qubits photoniques (multi-photons ou multiplexage temporel), l’hologramme peut être considéré comme une matrice unitaire U ∈ SU(2ⁿ).

Le principe holographique classique donne une généralisation remarquable :

4.1. Chaque région de l’hologramme encode une représentation locale de la transformation globale U

Même si U agit sur un espace de dimension gigantesque (2ⁿ), ses propriétés peuvent être distribuées spatialement dans une structure volumique.

4.2. L’hologramme devient une mémoire quantique distribuée

Pour n qubits :

L’hologramme encode leur interférence multi-modes.
Un fragment de l’hologramme contient une signature partielle de l’intrication.
La recomposition à partir d’un fragment fournit :
- l’état complet, mais bruité ;
- l’intrication, mais avec une fidélité dégradée.

C’est rigoureusement analogue à la “résolution réduite” d’une image holographique.

5. Propriété clé : redondance quantique non-clonante

Attention : le phénomène ne viole pas le théorème de non-clonage.

Dans un hologramme classique :

On encode une scène classique, qu’on peut dupliquer parfaitement.

Dans un hologramme quantique :

On encode une transformation, pas l’état lui-même.
La structure optique peut être dupliquée (hologramme reproduit), mais l’état quantique en sortie dépendra du photon incident.

C’est la nuance fondamentale qui assure la compatibilité avec la mécanique quantique.

En d'autres termes :

L’hologramme ne “contient” pas l’état quantique ;

il contient une fonction (unitary) permettant de l’extraire ou de le reconstruire.

Chaque point contient une portion de cette fonction.

6. Interprétation physiquement riche : hologramme = opérateur de convolution quantique

La propagation dans l’hologramme est mathématiquement équivalente à :

|ψ_out⟩ = ∫ H(x) · |ψ_in⟩ dx

Chaque voxelle contient un kernel local de transformation :

U_local(x)

et l’opérateur global est :

U = exp( ∫ f(x) U_local(x) dx )

Cela montre directement que :

Toutes les régions participent à l’unitaire globale.
Un fragment suffit à approximer U, donc à approximer la transformation du qubit.

Vous obtenez ainsi la transposition parfaite du phénomène classique.

7. Scénarios physiques concrets

7.1. Un seul qubit

Un fragment de l’hologramme produit :

la même transformation unitaire,
mais avec perte de fidélité,
car on réduit la résolution des franges d’interférence spatiales.

C’est l’analogue d’un hologramme tronqué → image plus floue.

Fidélité quantique ~ visibilité des franges disponibles.

7.2. Deux qubits intriqués

Chose fascinante :
L’hologramme peut conserver dans sa structure matière une signature de l’intrication enregistrée (par interférence biphotonique).

Un fragment reconstruit :

une approximation de l’intrication globale,
avec une entropie de mélange plus élevée,
mais l’information non locale n’est pas supprimée, elle est juste plus bruitée.

8. Synthèse : ce que donnerait la propriété holographique appliquée à des qubits

1. Redondance distribuée

Chaque point de l’hologramme contient une information partielle, mais cohérente, sur la transformation globale associée au qubit.

2. Reconstruction à partir de fragments

Un fragment permet de :

transmettre un qubit avec une fidélité < 1,
ou réimplémenter partiellement l’unitaire,
exactement comme une image holographique devient plus floue.

3. Préservation de la cohérence

Même fragmentaire, la reconstruction peut :

préserver une partie de la phase relative,
préserver une partie de la cohérence du qubit.

4. Compatibilité avec le non-clonage

On n’enregistre pas le qubit lui-même mais l’opérateur (front d’onde modulé) qui le modifie ou le reconstruit.

5. Pour plusieurs qubits

Fragment = reconstruction partielle d’une transformation SU(2ⁿ).
Intrication conservée dans une forme dégradée.
L’hologramme devient une mémoire distribuée de corrélations non classiques.

9. Si vous souhaitez aller plus loin

Je peux également développer :

un modèle mathématique explicite (matrices 2×2 ou 4×4 agissant sur |ψ⟩),
un schéma optique de laboratoire (cristaux photoréfractifs, SLM, OAM photoniques),
un concept d’hologramme quantique multi-couche pour transmission longue distance,
ou le parallèle avec le principe holographique cosmologique (’t Hooft / Susskind).

Souhaites-tu une représentation formelle ou un scénario technique complet ?

Présentation du contenu de ce blog :

vendredi 12 décembre 2025

HOLOGRAMME QUANTIQUE

ChatGPT a dit :