Piéger des atomes, pas des vaisseaux spatiaux, avec des rayons tracteurs

Des chercheurs de l’Université d’Adélaïde se sont penchés sur le phénomène bien connu dans la Guerre des étoiles, en créant un puissant faisceau tracteur – ou piège à énergie lumineuse – pour les atomes.

Mais plutôt que d’aspirer ici des vaisseaux spatiaux dans une station de l’espace, ce rayon tracteur tire les atomes dans un trou microscopique au centre d’une fibre optique spéciale. Il ouvre la voie à de nouvelles expériences quantiques qui pourraient mener à de nouvelles communications sécurisées ou à des technologies de détection avancées.

Publiés dans la revue Physical Review Applied, les chercheurs de l’Institut de photonique et de détection avancée (IPAS) de l’Université affirment que c’est la première fois que les scientifiques ont pu démontrer un « piège à guide d’ondes  » très efficace.

Ashby Hilton, doctorante qui a développé cette technologie, a déclaré : « Bien que les rayons tracteurs soient verts ou bleus dans les films, le piège ici est fait de lumière infrarouge invisible. Le faisceau s’empare des atomes qui flottent dans une chambre presque entièrement vidée de gaz – un petit échantillon de l’espace extra-atmosphérique sur Terre.« 

« Chaque atome qui entre dans le rayon tracteur est attiré dans la fibre – il n’y a pas d’échappatoire. Une fois aspirés à l’intérieur de la fibre optique, les atomes peuvent être retenus pendant de longues périodes. Nos expériences montrent que nous pouvons contrôler très précisément la lumière pour produire exactement les bonnes conditions pour contrôler les atomes. »

Le rayon tracteur fonctionne grâce à la lumière infrarouge qui interagit avec les atomes pour créer un changement d’énergie qui conduit les atomes à la partie la plus intense du faisceau lumineux.

« Ce qui est vraiment passionnant, c’est que nous avons maintenant la possibilité de faire des expériences quantiques sur ces atomes piégés. Nos premières expériences visent à utiliser ces atomes stockés comme éléments d’une mémoire quantique. Nous espérons que nos travaux finiront par déboucher sur une voie de communication absolument sécurisée qui présente un intérêt évident pour la défense, le renseignement et l’industrie. » a ajouté Philip Light, chercheur principal.

Les chercheurs passent maintenant à l’étape suivante au cours de laquelle le rayon tracteur est formé d’un cône de lumière creux plutôt que d’un faisceau de lumière solide. Dans cette nouvelle configuration, les atomes seront maintenus au centre du cône de lumière où il fait parfaitement sombre.

« C’est une idée extrêmement puissante – nous pouvons déplacer et manipuler les atomes, mais nous sommes capables de les protéger de l’effet perturbateur de la lumière intense« , a précisé M. Light. Les chercheurs ont essentiellement créé un entonnoir quantique qui leur permet de guider et de piéger les atomes plus longtemps sans perturber leur état quantique.

Le professeur André Luiten, directeur de l’IPAS, a conclu : « Nos chercheurs manipulent et mesurent des atomes et des molécules individuels pour détecter le monde qui nous entoure. Cette nouvelle ère de détection quantique ouvre de nouvelles possibilités, allant de la détection de maladies par la découverte de molécules particulières dans l’haleine, à l’assistance aux mineurs par la détection des champs magnétiques anormaux associés aux dépôts minéraux ou encore à l’activité sous-marine clandestine. »