Une équipe internationale de chercheurs travaille sur des capteurs quantiques mécaniques suffisamment grands pour être observés au microscope électronique, rendant possible de nouvelles applications dans le domaine des technologies quantiques.
Eva Weig, professeure pour les capteurs nano et quantiques à l’Université technique de Munich (TUM), et son équipe internationale développent de nouveaux composants techniques pour les technologies quantiques, comme les capteurs quantiques.
Les systèmes quantiques étudiés par l’équipe de Weig sont constitués de cordes extrêmement fines fabriquées à partir de matériaux céramiques et semi-conducteurs, contenant environ un milliard (1012) d’atomes. Malgré leur taille, ces cordes peuvent se comporter comme des systèmes quantiques mécaniques dans certaines conditions.
« Nos objets peuvent être comparés à des cordes de guitare à l’échelle nanométrique, qui vibrent lorsqu’elles sont pincées », explique Weig. « Elles peuvent adopter des états qui peuvent être stockés, transférés et même enchevêtrés avec d’autres. »
Production et applications des nano-cordes
Les chercheurs produisent leurs nano-cordes dans des salles blanches, en utilisant la lithographie par faisceau d’électrons pour structurer couche par couche sur une plaquette de silicium. Chaque corde mesure généralement de 30 à 50 micromètres de long et moins de 100 nanomètres de large. Les cordes sont ensuite transférées dans une chambre à vide, où elles sont mesurées avec précision pour la première fois.
Les cordes sont «pincées» à l’aide de lumière laser, de champs électriques ou même d’ondes acoustiques. Maria Kallergi, une jeune chercheuse qui a récemment rejoint le groupe de recherche d’Eva Weig, stimule les cordes avec un champ électrique en faisant varier constamment la fréquence et l’amplitude. Le mouvement de la corde vibrante produit un signal électrique, qu’elle détecte ensuite.
Des propriétés uniques pour des applications potentielles
Grâce à des améliorations continues sur de nombreux prototypes, les nano-cordes du groupe présentent une propriété unique : certaines d’entre elles peuvent vibrer à la même fréquence pendant quelques millisecondes. Bien que cela puisse ne pas sembler beaucoup, c’est une période de temps considérable pour de tels objets minuscules.
« C’est vraiment spectaculaire », ajoute Maria Kallergi, « car cette capacité pourrait nous permettre d’utiliser de tels systèmes comme stockage temporaire pour des informations quantiques mécaniques, comme pour garer des qubits dans des ordinateurs quantiques. »
Le système développé par l’équipe d’Eva Weig combine les propriétés de capteurs et de mécanique quantique. Ces caractéristiques pourraient permettre aux capteurs de devenir un capteur quantique puissant et polyvalent, utilisable pour détecter de minuscules champs magnétiques et forces.
En synthèse
Les travaux d’Eva Weig et de son équipe sur les capteurs quantiques mécaniques ouvrent la voie à de nouvelles applications dans le domaine des technologies quantiques. Leur système unique, combinant mécanique quantique et vibrations mécaniques, pourrait permettre le développement de capteurs quantiques polyvalents et performants.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un capteur quantique mécanique ?
Un capteur quantique mécanique est un dispositif qui utilise les propriétés quantiques de la matière pour détecter des signaux ou des perturbations externes.
Comment sont fabriquées les nano-cordes ?
Les nano-cordes sont fabriquées en utilisant la lithographie par faisceau d’électrons pour structurer couche par couche sur une plaquette de silicium dans des salles blanches.
Quelles sont les applications potentielles des capteurs quantiques mécaniques ?
Les capteurs quantiques mécaniques pourraient être utilisés pour détecter de minuscules champs magnétiques et forces, ainsi que pour stocker temporairement des informations quantiques mécaniques, comme des qubits dans des ordinateurs quantiques.
Quelle est la taille des nano-cordes ?
Les nano-cordes mesurent généralement de 30 à 50 micromètres de long et moins de 100 nanomètres de large.
Quelle est l’importance de la fréquence de vibration des nano-cordes ?
La fréquence de vibration des nano-cordes est importante car elle pourrait permettre d’utiliser ces systèmes comme stockage temporaire pour des informations quantiques mécaniques.
Références
Légende illustration principale : Vue rapprochée de l’intérieur de la chambre à vide où le nanocordon (non visible ici) est mesuré. Crédit : Magdalena Jooss
Université technique de Munich.
