Des chercheurs en quantique conçoivent des lasers à phonons extrêmement précis

Luke Auburn

Inventés dans les années 1960, les lasers ont ouvert de nouvelles voies pour la découverte scientifique et des applications quotidiennes, des scanners de caisse aux opérations de la vue. Les lasers conventionnels contrôlent les photons – des particules individuelles de lumière – mais au cours des 20 dernières années, les scientifiques ont inventé des lasers qui contrôlent d’autres particules fondamentales, notamment les phonons – des particules individuelles de vibration ou de son. Contrôler les phonons pourrait ouvrir encore plus de possibilités avec les lasers, comme exploiter des propriétés quantiques uniques comme l’intrication.

Un nouveau laser à phonons comprimé développé par des chercheurs de l’Université de Rochester et du Institut de technologie de Rochester permet un contrôle précis des phonons à l’échelle nanométrique. Cela pourrait apporter de nouvelles perspectives sur la nature de la gravité, l’accélération des particules et la physique quantique. Dans un article publié dans Nature Communications, les chercheurs décrivent comment ils amènent ces particules individuelles de mouvement mécanique à se comporter comme un laser.

Nick Vamivakas, titulaire de la chaire Marie C. Wilson et Joseph C. Wilson de physique optique à l’Institut d’Optique de l’Université de Rochester, et ses collaborateurs ont d’abord démontré un laser à phonons en piégeant et en faisant léviter des phonons avec une pince optique sous vide en 2019. Mais pour rendre cette technologie utile pour des mesures extrêmement précises, ils ont dû surmonter un obstacle clé fondamental pour les lasers à photons et à phonons : le bruit, ou les perturbations indésirables qui rendent un signal difficile à lire avec précision.

« Alors qu’un laser semble à l’œil nu être un faisceau stable, il y a en réalité beaucoup de fluctuations, ce qui cause du bruit lorsque vous utilisez des lasers pour la mesure », explique Vamivakas. « En poussant et tirant sur un laser à phonons avec la lumière de la bonne manière, nous pouvons réduire considérablement ces fluctuations. »

Plus précisément, les chercheurs ont pu comprimer ou réduire le bruit thermique intrinsèque du laser à phonons. Vamivakas affirme que cette réduction du bruit permet de mesurer l’accélération plus précisément que les techniques utilisant des lasers à photons ou des ondes radiofréquences.

Vamivakas imagine que les chercheurs utiliseront le laser à phonons pour obtenir des mesures d’une précision extrême de la gravité et d’autres forces, ce qui pourrait être important dans des applications comme la navigation. Les scientifiques envisagent des boussoles quantiques comme des alternatives plus précises et « non brouillables » à la navigation GPS qui ne nécessitent pas l’utilisation de satellites, et Vamivakas est intrigué par la possibilité que le laser à phonons soit un pas vers de tels systèmes.

Article : A two-mode thermomechanically squeezed phonon laser – Journal : Nature Communications – DOI : Lien vers l’étude

Source : Rochester U.