Passer au contenu principal

Physique quantiqueEPFL: quand lumière et atomes partagent une même vibration

Une étude scientifique menée par des chercheurs de l’EPFL a démontré qu’un état de vibration pouvait exister simultanément à deux moments différents.

 Des scientifiques de l’EPFL, avec des confrères américains et français, ont utilisé une impulsion laser très courte pour déclencher un motif de vibration spécifique à l’intérieur d’un cristal de diamant (photo prétexte).
Des scientifiques de l’EPFL, avec des confrères américains et français, ont utilisé une impulsion laser très courte pour déclencher un motif de vibration spécifique à l’intérieur d’un cristal de diamant (photo prétexte).
KEYSTONE

Des scientifiques de l’EPFL, avec des confrères américains et français, sont parvenus à démontrer un état de vibration qui existe simultanément à deux moments différents. Ils apportent la preuve de cette superposition quantique en mesurant l’intrication entre des faisceaux lumineux qui interagissent avec la vibration.

Une caractéristique particulièrement étrange de la mécanique quantique, par rapport à la physique classique, est qu’un seul évènement peut exister dans un état dit de superposition, se produisant à la fois ici et là ou à la fois aujourd’hui et demain.

Ces superpositions sont difficiles à créer, car elles sont détruites si quelque information sur le lieu ou le moment de l’évènement fuite dans l’environnement, et même si personne n’enregistre réellement cette information, a indiqué lundi l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) dans un communiqué.

Des scientifiques de l’EPFL, du Massachusetts Institute of Technology (USA) et du centre CEA Paris-Saclay démontrent dans la revue «Science Advances» un état de vibration qui existe simultanément à deux moments différents.

Les chercheurs ont utilisé une impulsion laser très courte pour déclencher un motif de vibration spécifique à l’intérieur d’un cristal de diamant. Chaque paire d’atomes voisins oscillait comme deux masses reliées par un ressort, et cette oscillation était synchrone sur toute la zone éclairée.

Pour conserver l’énergie pendant ce processus, une lumière d’une autre couleur était spontanément émise. Les scientifiques sont ainsi parvenus à intriquer le photon et le phonon (à savoir, la lumière et la vibration) produits lors de la fission d’un photon laser entrant dans le cristal.

Effets très fragiles

«Les technologies quantiques sont annoncées comme la prochaine révolution technologique en matière d’informatique, de communication et de détection», indique Christophe Galland, responsable du Laboratoire de nano-optique quantique à l’EPFL, cité dans le communiqué.

«Mais ces technologies reposent sur des effets quantiques très fragiles survivant uniquement à des températures extrêmement froides ou sous vide poussé. Notre étude démontre que même un matériau commun à des conditions ambiantes peut maintenir les propriétés quantiques délicates requises», ajoute le chercheur.

Il y a un prix à payer cependant: les corrélations quantiques maintenues par des vibrations atomiques dans le cristal sont perdues après seulement 4 picosecondes, soit 0,000'000'000'004 seconde. «Cette courte échelle de temps est aussi une opportunité pour développer des technologies quantiques ultrarapides. Mais les recherches sont loin d’être terminées pour transformer notre expérience en un dispositif utile «, conclut le scientifique.

ATS/Florian Paccaud