Trois sphères de verre naines s’accrochent les unes aux autres. Ils forment un cluster similaire à une tour, similaire à celle du moment où trois boules de crème glacée accumulent l’une au-dessus de l’autre Solo beaucoup plus petit. Le diamètre du cluster Nano est dix fois plus petit que celui d’un cheveux humains. À l’aide d’un dispositif optique et des rayons laser, les chercheurs de Eth Zurich ont réussi à maintenir ces objets presque complètement immobiles dans la lévitation. Ceci est significatif en ce qui concerne le développement futur de capteurs quantiques, qui, avec les ordinateurs quantiques, constituent les applications les plus prometteuses de la recherche quantique.
Dans le cadre de leur expérience de lévitation, les chercheurs, dirigés par le professeur contractuel de Fotonics Martin Frimer, ont pu éliminer la force gravitationnelle qui agit sur les sphères de verre. Cependant, l’objet nain allongé est toujours en train de trembler, similaire à la façon dont l’aiguille se déplace sur une boussole lors de la mise en place. Dans le cas du cluster nain, le mouvement tremblant était très rapide mais faible: l’objet a fait environ un million d’écarts par seconde, chacun n’a mesuré que quelques millièmes de remise des diplômes. Cette minuscule oscillation rotationnelle est un mouvement quantique fondamental montré par tous les objets et que les physiciens appellent la fluctuation du point zéro. « Selon les principes de la mécanique quantique, aucun objet ne peut jamais rester parfaitement immobile », explique Lorenzo Dania, un post-doctorant dans le groupe de frmer et le premier auteur de l’étude. « Plus un objet est plus gros, plus ces fluctuations sont petites à zéro, plus il est difficile de les observer. »
Enregistrements multiples
À ce jour, personne n’a réussi à détecter ces petits mouvements pour un objet de cette taille avec la même précision que les chercheurs des huttes du HP. Ils l’ont atteint parce qu’ils ont pu éliminer largement tous les mouvements qui proviennent du domaine de la physique classique et obscurcir l’observation des mouvements quantiques. Les chercheurs de l’ETH attribuent 92% des mouvements en grappes dans leur expérience à la physique quantique et à 8% à la physique classique; Ils se réfèrent donc à un niveau élevé de pureté quantique. « Auparavant, nous ne nous attendions pas à atteindre un niveau aussi élevé de pureté quantique », explique Dania.
Et les registres ne s’arrêtent pas là: les chercheurs ont créé tout cela à température ambiante. Les chercheurs quantiques doivent généralement refroidir leurs objets à une température proche du zéro absolu (-273 degrés Celsius) en utilisant un équipement spécial. Cela n’a pas été demandé ici. Frimers tire une analogie: « C’est comme si nous avions construit un nouveau véhicule qui transporte plus de chargement que les camions traditionnels et consomme en même temps moins de carburant ».
Minuscule et énorme en même temps
Alors que de nombreux chercheurs étudient les effets quantiques dans des groupes individuels ou de petits atomes, Frimer et son groupe sont parmi ceux qui travaillent avec des objets relativement importants. Leur groupe de nanosphères peut être minuscule dans les termes de tous les jours, mais se compose de plusieurs centaines de millions d’atomes, ce qui le rend énorme du point de vue d’un physique quantique. L’intérêt pour les objets de ces dimensions est partiellement guidé par des espoirs pour de futures applications technologiques quantiques, par exemple. Ces applications nécessitent le contrôle de systèmes plus grands en utilisant les principes de la mécanique quantique.
« Un début parfait »
« Ce que nous avons obtenu est un début parfait pour des recherches supplémentaires qui pourraient un jour nourrir les applications », explique Frimers. Pour ces applications, vous avez tout d’abord besoin d’un système avec une pureté quantique élevée dans laquelle toutes les interférences externes peuvent être supprimées avec succès et contrôlées de manière souhaitée, dit, ajoutant que cela a maintenant été réalisé. Il serait donc possible de détecter les effets mécaniques quantiques, de les mesurer et d’utiliser le système pour des applications technologiques quantiques.
Applications de navigation et de médecine
Dans un avenir lointain, les capteurs quantiques pourraient également être utilisés dans l’humage médical. On espère qu’ils pourront détecter des signaux faibles dans les environnements dans lesquels les dispositifs de mesure collectent autrement le bruit de fond. Une autre application potentielle pourrait être les capteurs de mouvement qui pourraient faciliter la navigation du véhicule, même lorsqu’il n’y a pas de contact avec un satellite GPS.
Pour la plupart de ces applications, le système quantique doit être miniaturisé. Selon les chercheurs de l’ETH, cela est possible en principe. Dans tous les cas, ils ont trouvé un moyen d’atteindre l’état quantique contrôlable souhaité sans refroidissement qui nécessite du temps, une intensité d’énergie coûteuse et élevée.
Les chercheurs de Eth Zurich ont effectué ce travail avec des collègues de l’Université de technologie de Vienne, de l’Université de Manchester et de l’Institut de Ciències Photoniques à Barcelone.