Le domaine quantique des particules atomiques est intégré au hasard. Pourtant, un contrôle précis des systèmes quantiques, tels que les ordinateurs quantiques, est d’une grande importance pour la science quantique moderne et la technologie quantique prospective.
Dans le monde classique, le temps avance constamment. Mais dans le monde quantique, le temps est théoriquement malléable et réversible. Et c’est à travers ces dynamiques d’inversion du temps que les scientifiques ont tenté de contrôler les systèmes quantiques. Par exemple, les échos de spin – proposés par Erwin Hahn en 1950 – sont largement observés dans les systèmes de spin quantiques et sont fondamentaux pour la résonance magnétique nucléaire et les systèmes de résonance magnétique.
Cependant, l’application d’un tel phénomène d’inversion du temps devient difficile dans les systèmes quantiques à matière condensée plus sophistiqués, c’est-à-dire les systèmes quantiques à degrés de liberté infinis. En effet, la cohérence quantique se perd rapidement lors de l’interaction avec l’environnement.
Maintenant, un groupe de recherche dirigé par Atsushi Ono, professeur adjoint au Département de physique de l’Université de Tohoku, a mis au jour un nouveau type de phénomène d’écho associé à la structure des bandes d’énergie dans les solides cristallins. Les soi-disant «échos de bande d’énergie» ont été découverts après que le groupe a commencé à étudier théoriquement la dynamique ultrarapide des quasiparticules à commande optique dans les solides cristallins.
Les détails de leurs découvertes ont été publiés dans la revue Recherche d’examen physique le 30 novembre 2022.
La simulation numérique et les expressions analytiques du groupe ont révélé que les quasiparticules sont entraînées de manière cohérente par une impulsion de champ électrique, et que le processus de photoexcitation génère des échos lorsque les quasiparticules se recombinent. Ces impulsions d’écho portent des informations sur les relations de dispersion des quasi-particules.
De plus, Ono et son équipe ont observé des échos de bande d’énergie même dans des systèmes fortement corrélés, où les électrons libres ne sont pas des quasiparticules bien définies en raison des interactions à plusieurs corps.
« Notre découverte offre une perspective différente de la dynamique ultrarapide qui est entraînée et contrôlée par une onde lumineuse », a déclaré Ono. « Les échos en bande d’énergie pourraient être utilisés pour la spectroscopie résolue en impulsion entièrement optique de quasiparticules dans les solides cristallins et les atomes froids dans les réseaux optiques, même lorsque de fortes corrélations à plusieurs corps sont présentes. »
Plus d’information:
Shohei Imai et al, échos de bande d’énergie : émission de lumière inversée dans le temps à partir de paquets d’ondes de quasi-particules à commande optique, Recherche d’examen physique (2022). DOI : 10.1103/PhysRevResearch.4.043155