Percée scientifique 2010 : la première machine quantique

Tous les objets faits par l’homme se déplacent selon les lois de la mécanique classique, jusqu’en en mars, où un groupe de chercheurs a mis au point un appareil qui bouge d’une manière qui ne peut être décrite que par la mécanique quantique, c’est-à-dire l’ensemble de règles qui gouvernent le comportement des objets minuscules comme les molécules, les atomes et les particules subatomiques.

Reconnaissant la percée conceptuelle, l’inventivité et les nombreuses applications potentielles de ces expériences, la Revue Science désigne la découverte comme l’avancée scientifique la plus significative de l’année 2010.

Les physiciens Andrew Cleland et John Martinis de l’Université de Californie à Santa Barbara et leurs collègues ont mis au point cet appareil, une minuscule palette métallique de semi-conducteur, visible à l’œil nu qu’ils ont contraint à se déplacer dans un sillon quantique. Ils ont d’abord refroidi la palette jusqu’à ce qu’elle atteigne son « état fondamental » ou le plus bas état d’énergie permis par les lois de la mécanique quantique, objectif de longue date des physiciens. Puis ils ont élevé l’énergie de l’appareil d’un seul quantum pour produire un mouvement de pure mécanique quantique. Ils ont même réussi à mettre l’appareil dans deux états à la fois de sorte qu’il vibrait un peu et beaucoup en même temps, phénomène bizarre uniquement permis par les curieuses lois de la mécanique quantique.

La revue Science et son éditeur, l’AAAS, la société scientifique à but non lucratif, ont reconnu dans cette première machine quantique la Percée scientifique de l’année 2010.

« La Percée de l’année correspond à la première démonstration par des scientifiques d’un effet quantique sur le mouvement d’un objet fait par l’homme » indique Adrian Cho, rédacteur d’actualités à Science. « C’est très bien du point de vue conceptuel car cela engage la mécanique quantique dans un domaine entièrement nouveau. D’un point de vue pratique, cela ouvre toute une gamme de possibilités allant de la possibilité de nouvelles expériences qui introduiront un contrôle quantique sur la lumière, le courant électrique et le mouvement, à peut-être un jour l’explication des liens de la mécanique quantique et de notre sens de la réalité. »

La machine quantique prouve que les principes de la mécanique quantique peuvent s’appliquer tout autant au mouvement des objets macroscopiques qu’aux atomes et aux particules subatomiques. Elle est un premier pas vers la maîtrise complète des vibrations d’un objet au niveau quantique. Un tel contrôle sur un dispositif artificiel devrait permettre aux scientifiques de manipuler de minuscules déplacements comme ils savent déjà le faire pour des courants électriques ou des particules de lumière. Cette capacité pourrait à son tour mener à de nouveaux appareils contrôlant les états quantiques de la lumière, à des détecteurs de force ultrasensibles, et aboutir à des recherches sur les liaisons en mécanique quantique et sur notre sens de la réalité. Ce dernier but pourrait être atteint en essayant de placer un objet macroscopique dans un état où il se trouve littéralement à deux endroits à la fois, une expérience qui pourrait révéler pourquoi quelque chose d’aussi gros qu’un être humain ne peut être à deux endroits à la fois.

« Figurez-vous que les physiciens n’ont pas encore réussi à obtenir l’existence à deux endroits différents d’un objet minuscule comme celui-là » précise Cho. « Mais maintenant qu’ils ont atteint l’état le plus simple du mouvement quantique, cela semble beaucoup plus à leur portée, et la question qui se pose maintenant est plutôt « quand » que « si » ».