Les paradoxes de la mécanique quantique ont été révélés dans une expérience sur les oscillations optiques-électroniques. À l’échelle nanométrique, la lumière contient à la fois aucun photon et trois photons : Il s’allume et s’éteint en même temps.
Que la lumière de nos espaces de vie soit allumée ou éteinte peut être réglée dans la vie de tous les jours simplement en atteignant l’interrupteur d’éclairage.
Cependant, lorsque l’espace pour la lumière est réduit à quelques nanomètres (un nanomètre équivaut à un milliardième de mètre), les effets de la mécanique quantique dominent et il n’est pas clair s’il contient ou non de la lumière.
Les deux états de lumière, allumée et éteinte, peuvent même se manifester en même temps, ont montré des scientifiques de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) et de l’Université de Bielefeld dans un article publié dans la revue « Nature Physics ».
« La détection de ces états exotiques de la physique quantique à l’échelle de la taille des transistors électriques pourrait aider au développement des technologies quantiques optiques des futures puces informatiques », explique le professeur de Würzburg. bert hechten un libérer.
deux états
La technologie de notre monde numérique repose sur le principe qu’un courant circule ou ne circule pas : un ou zéro, allumé ou éteint. Il y a deux états clairs.
En physique quantique, cependant, il est possible d’ignorer ce principe et de créer une superposition arbitraire des hypothèses opposées. Cela augmente plusieurs fois les possibilités de transmission et de traitement des informations.
De tels états de superposition de la lumière sont connus depuis un certain temps, notamment pour les particules de lumière, dites photons, et sont utilisés dans la détection des ondes gravitationnelles.
états quantiques détectés
La nouveauté, c’est qu’une équipe de physiciens et de chimistes de Bielefeld et de Würzburg a réussi à détecter ces états de superposition de la lumière directement dans une nanostructure.
La lumière est capturée dans une nanostructure dans un très petit espace et couplée à des oscillations électroniques appelées plasmons. Cela permet à l’énergie lumineuse d’être maintenue en place à l’échelle nanométrique.
Dans l’expérience, développée par le groupe du professeur de Würzburg Tobias Brixner, les chercheurs ont analysé combien de photons d’une impulsion lumineuse sont couplés à la nanostructure. Le résultat:en même temps pas de photon et trois photons!
De plus, les états couplés des photons et des électrons survivent moins d’un millionième de millionième de seconde, puis se désintègrent à nouveau, laissant à peine le temps de la détection.
Résolution spatiale et temporelle
Dans les nouvelles expériences, une détection spéciale a été utilisée. « L’énergie libérée lors de la désintégration de l’état est suffisante pour libérer d’autres électrons de la nanostructure », explique le professeur walter pfeiffer (Bielefeld).
Les électrons activés pourraient alors être capturés dans une image à l’aide d’un microscope électronique à photoémission et d’une résolution de quelques nanomètres.
En raison des temps de décroissance rapides, des séquences d’impulsions laser ultra-courtes ont été utilisées pour obtenir « l’empreinte digitale » des états de superposition de la lumière, expliquent les chercheurs.
Premier pas
Il s’agit d’un premier pas vers l’objectif d’analyser l’état physique quantique complet des photons et des électrons directement couplés à l’échelle nanométrique, concluent les scientifiques.
Un processus, préviennent-ils, qui, comme en médecine, est décrit par le terme tomographie.
Cependant, la lumière dans les bureaux et les laboratoires des scientifiques impliqués devrait rester allumée, ironisent les auteurs de cette recherche.
Les références
Détection d’un paquet d’ondes quantiques plasmon-polariton. Sébastien Prés et al. Physique de la nature (2023). DOI : https://www.nature.com/articles/s41567-022-01912-5
Identification de l’empreinte quantique des polaritons de plasmons. Physique de la nature (2023). DOI : https://doi.org/10.1038/s41567-022-01925-0