Qui a déplacé mon atome ?

Un dispositif expérimental construit à la Faculté de physique du Technion démontre le transfert d’atomes d’un endroit à un autre par effet tunnel quantique entre des pinces optiques. Dirigée par le professeur Yoav Sagi et le doctorant Yanay Florshaim du Solid State Institute, la recherche a été publiée dans Science Advances.

L’expérience est basée sur des pinces optiques, un outil expérimental permettant de capturer des atomes, des molécules et même des cellules vivantes à l’aide d’un potentiel optique créé par des faisceaux laser focalisés sur un point de la taille d’un micron.

Comment cela est-il possible ? L’interaction de la lumière avec la matière génère une force proportionnelle à l’intensité de la lumière. Cette force est trop faible pour affecter notre vie quotidienne, mais lorsqu’il s’agit de particules minuscules comme les atomes, elle peut être suffisamment puissante pour les maintenir en place ou les déplacer d’un endroit à un autre.

L’invention des pinces optiques, qui sont devenues un outil important en physique, a valu au physicien Arthur Ashkin le prix Nobel de physique en 2018.

Les chercheurs du Technion ont utilisé un réseau linéaire de trois pinces optiques dans leur expérience. En modifiant les distances entre chaque paire de pinces adjacentes, ils ont contrôlé de manière dynamique le taux d’effet tunnel des atomes entre elles. L’effet tunnel est un phénomène propre au monde quantique, dans lequel les particules ont une chance de passer à travers une barrière potentielle qu’elles ne peuvent pas franchir de manière classique. En contrôlant le taux d’effet tunnel, les chercheurs ont pu transférer des atomes de manière fluide et efficace entre les deux pinces extérieures.

En outre, les chercheurs ont montré que, bien que les atomes se déplacent entre les deux côtés de la chaîne, la probabilité de les trouver dans la pince centrale est très faible. Cette caractéristique intrigante du schéma de transfert peut être comprise en rappelant que dans la théorie quantique, une particule est décrite par un paquet d’ondes.

Dans le schéma démontré dans l’expérience, les ondes interfèrent de manière destructive dans le piège du milieu, ce qui rend impossible la recherche des atomes à cet endroit. Il s’agit de la première démonstration de cette méthode de transfert, et les chercheurs pensent qu’elle pourrait représenter une étape importante dans le développement de nouvelles plates-formes quantiques.

La recherche est soutenue par la Fondation israélienne pour la science (ISF), la Fondation Pazy et le Helen Diller Quantum Center du Technion. Légende illustration : Un zoom avant sur la même fenêtre latérale montre les fenêtres au-dessus et au-dessous. Crédit : Technion. Article : « Spatial adiabatic passage of ultracold atoms in optical tweezers » – DOI: 10.1126/sciadv.adl1220