Comment les technologies quantiques peuvent-elles bénéficier de ressources aussi communes que les raisins ? Les chercheurs de l’Université Macquarie ont mené une étude qui pourrait redéfinir la manière dont nous concevons les capteurs quantiques, en utilisant un ingrédient inattendu de la nature. Cette découverte pourrait transformer la miniaturisation et l’efficacité des dispositifs quantiques. Lisez la suite pour découvrir comment les raisins peuvent jouer un rôle majeur dans la science des quanta.
Des chercheurs de l’Université Macquarie ont démontré que des raisins de supermarché ordinaires peuvent améliorer les performances des capteurs quantiques. Cette étude montre que des paires de raisins créent des points chauds de champ magnétique localisés pour les micro-ondes, utilisés dans les applications de détection quantique. Cette découverte pourrait aider au développement de dispositifs quantiques plus compacts et économiques.
« Les études antérieures se sont concentrées sur les champs électriques provoquant l’effet plasma, mais nous avons montré que les paires de raisins peuvent également renforcer les champs magnétiques, nécessaires aux applications de détection quantique », a indiqué Ali Fawaz, auteur principal de l’étude et candidat au doctorat en physique quantique à l’Université Macquarie. Cette recherche s’appuie sur des vidéos virales sur les réseaux sociaux montrant des raisins produisant du plasma dans des fours à micro-ondes.
Alors que les études précédentes portaient sur les champs électriques, l’équipe de Macquarie a examiné les effets des champs magnétiques essentiels pour les applications quantiques. Ils ont utilisé des nanodiamants spécialisés contenant des centres de lacunes d’azote, des défauts à l’échelle atomique qui agissent comme des capteurs quantiques. Ces défauts, source de la couleur des diamants, se comportent comme de petits aimants capables de détecter des champs magnétiques.
« Les diamants purs sont incolores, mais lorsque des atomes remplacent les atomes de carbone, ils forment des ‘centres de défauts’ avec des propriétés optiques », a expliqué le Dr Sarath Raman Nair, co-auteur de l’étude et conférencier en technologie quantique à l’Université Macquarie. « Les centres de lacunes d’azote dans les nanodiamants utilisés dans cette étude agissent comme de petits aimants que l’on peut employer pour la détection quantique. »
Les chercheurs ont positionné leur capteur quantique, un diamant contenant des atomes particuliers, à l’extrémité d’une fibre de verre mince entre deux raisins. En éclairant cette fibre avec une lumière laser verte, ils ont fait briller ces atomes en rouge. La luminosité de cette lueur rouge a révélé l’intensité du champ de micro-ondes autour des raisins.
« En utilisant cette technique, nous avons constaté que le champ magnétique du rayonnement micro-ondes devient deux fois plus fort lorsque nous ajoutons des raisins », a affirmé Ali Fawaz.
Le professeur Thomas Volz, auteur principal et chef du groupe Matériaux et Applications Quantiques à l’École des Sciences Mathématiques et Physiques de Macquarie, a souligné que ces résultats ouvrent de nouvelles possibilités pour la miniaturisation des technologies quantiques. « Cette recherche propose une nouvelle voie pour explorer des designs alternatifs de résonateurs de micro-ondes pour les technologies quantiques, pouvant mener à des dispositifs de détection quantique plus compacts et efficaces. »
La taille et la forme des raisins se sont révélées essentielles au succès de l’expérience. Les expériences ont nécessité des raisins de taille précise, environ 27 millimètres chacun, pour concentrer l’énergie des micro-ondes à la fréquence appropriée du capteur quantique en diamant.
Traditionnellement, les dispositifs de détection quantique utilisent le saphir pour cette fonction. Toutefois, l’équipe de Macquarie a émis l’hypothèse que l’eau pourrait être plus efficace.
Les raisins, principalement constitués d’eau enfermée dans une peau fine, étaient parfaits pour tester leur théorie. « L’eau est en fait meilleure que le saphir pour concentrer l’énergie des micro-ondes, mais elle est aussi moins stable et perd plus d’énergie dans le processus. Voilà le principal défi à résoudre », a conclu Ali Fawaz.
En regardant au-delà des raisins, les chercheurs développent maintenant des matériaux plus fiables capables d’exploiter les propriétés uniques de l’eau, rapprochant ainsi la science des dispositifs de détection plus performants.
Légende illustration : Photo du dispositif expérimental permettant de coupler des MWs à des N- 𝑉s en utilisant des dimères de raisin. Une fibre optique dénudée avec des spins N- 𝑉, en porte-à-faux sur une tige, se trouve entre deux raisins. Les raisins ont été placés sur une plateforme avec un fil de cuivre vertical droit, équidistant de chaque raisin. Crédit : Fawaz, Nair, Volz
Article : ‘Coupling nitrogen-vacancy center spins in diamond to a grape dimer’ / ( 10.1103/PhysRevApplied.22.064078 ) – Macquarie University – Publication dans la revue Physical Review Applied
