Une équipe de chercheurs propose une expérience innovante pour explorer la frontière entre notre réalité quotidienne et le monde quantique. Cette proposition pourrait élargir de nouvelles perspectives dans notre compréhension de l’univers à l’échelle nanométrique.
La frontière entre notre réalité quotidienne et le monde quantique reste floue. Plus un objet est massif, plus il se localise lorsqu’il est rendu quantique en refroidissant son mouvement jusqu’au zéro absolu.
Une équipe de chercheurs, dirigée par Oriol Romero-Isart de l’Institut pour l’Optique Quantique et l’Information Quantique (IQOQI) de l’Académie Autrichienne des Sciences (ÖAW) et du Département de Physique Théorique de l’Université d’Innsbruck, propose une expérience dans laquelle une nanoparticule en lévitation optique, refroidie à son état fondamental, évolue dans un potentiel non optique («sombre») créé par des forces électrostatiques ou magnétiques.
Cette évolution dans le potentiel sombre devrait générer rapidement et de manière fiable un état de superposition quantique macroscopique.
Le rôle de la lumière laser
La lumière laser peut refroidir une sphère de verre de taille nanométrique à son état de mouvement fondamental. Lorsqu’elle est laissée seule, bombardée par des molécules d’air et diffusant la lumière entrante, ces sphères de verre se réchauffent rapidement et quittent le régime quantique, limitant le contrôle quantique. Pour éviter cela, les chercheurs proposent de laisser la sphère évoluer dans l’obscurité, avec la lumière éteinte, guidée uniquement par des forces électrostatiques ou magnétiques non uniformes.
Cette évolution est non seulement assez rapide pour prévenir le chauffage par les molécules de gaz égarées, mais elle soulève également l’extrême localisation et imprime des caractéristiques indubitablement quantiques.
Surmonter les défis pratiques
Le récent article dans Physical Review Letters discute également de la manière dont cette proposition contourne les défis pratiques de ce type d’expériences. Ces défis comprennent la nécessité de réaliser des expériences rapides, une utilisation minimale de la lumière laser pour éviter la décohérence, et la capacité de répéter rapidement les expériences avec la même particule. Ces considérations sont cruciales pour atténuer l’impact du bruit à basse fréquence et d’autres erreurs systématiques.
En synthèse
La proposition a été largement discutée avec des partenaires expérimentaux dans Q-Xtreme, un projet de subvention Synergy ERC financé par l’Union Européenne.
« La méthode proposée est en accord avec les développements actuels dans leurs laboratoires et ils devraient bientôt être en mesure de tester notre protocole avec des particules thermiques dans le régime classique, ce qui sera très utile pour mesurer et minimiser les sources de bruit lorsque les lasers sont éteints », indique l’équipe théorique d’Oriol Romero-Isart.
« Nous pensons que, bien que l’expérience quantique ultime sera inévitablement difficile, elle devrait être réalisable car elle répond à tous les critères nécessaires pour préparer ces états de superposition quantique macroscopiques. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que la superposition quantique ?
La superposition quantique est un principe fondamental de la mécanique quantique qui stipule qu’un système physique, tel qu’un électron, peut exister dans plusieurs états à la fois.
Qu’est-ce que le régime quantique ?
Le régime quantique fait référence à l’échelle à laquelle les effets de la mécanique quantique deviennent significatifs et où les lois de la physique classique ne s’appliquent plus.
Qu’est-ce que la décohérence ?
La décohérence est le processus par lequel un système quantique perd ses propriétés quantiques, généralement en raison de l’interaction avec son environnement.
Qu’est-ce que la lumière laser ?
La lumière laser est une forme de lumière qui est émise de manière cohérente, ce qui signifie que les ondes lumineuses sont toutes en phase les unes avec les autres et ont la même polarisation.
Qu’est-ce que l’Institut pour l’Optique Quantique et l’Information Quantique (IQOQI)
L’IQOQI est un institut de recherche de l’Académie Autrichienne des Sciences qui se consacre à la recherche fondamentale dans les domaines de l’optique quantique et de l’information quantique.
Références
Article : « Macroscopic Quantum Superpositions via Dynamics in a Wide Double-Well Potential » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.023601
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