Des chercheurs suisses ont pour la première fois réussi à reproduire la superposition quantique dans un objet macroscopique de milliards de billions d’atomes, ce qui signifie que nous acquérons un nouveau pouvoir sur la matière qui aura un impact sur l’informatique quantique et les capteurs quantiques.
Des recherches menées au Département de physique de l’École polytechnique fédérale de Zurich (EHT Zurich) ont réussi pour la première fois à rapprocher les superposition quantique au monde macroscopique, une prouesse technologique qui pourrait avoir un impact significatif sur l’informatique quantique et les capteurs quantiques.
Autrement dit, cela signifie que vous avez réussi à obtenir un cristal de la taille de dix milliards de billions d’atomes se comporte pendant 40 microsecondes (une microseconde est un millionième de seconde), tout en vibrant à environ six milliards de fois par seconde être à un centième de degré au-dessus du zéro absolucomme s’il s’agissait d’un objet quantique, c’est-à-dire comme s’il s’agissait d’un objet 1 milliard de fois inférieur à un mètre. Les chiffres reflètent la complexité de l’expérience.
cristal quantique
Plus précisément, il a réussi à mettre un cristal de microgrammes de masse (un microgramme équivaut à un milliardième de kilogramme) dans un état de superposition quantique (dans deux états en même temps), une propriété exclusive des particules élémentaires qui, si elle était transférée au monde ordinaire, il serait impossible, par exemple, de marquer un but : le ballon serait simplement à l’intérieur et à l’extérieur du but à la même temps.
Bien que nous soyons de plus en plus habitués à paradoxes quantiques, les développements les plus récents de la physique élémentaire profitent de ces comportements inexplicables pour aboutir à des technologies de plus en plus sophistiquées. L’informatique quantique et les capteurs quantiques font partie de ces promesses.
La nouvelle recherche apportée par l’EHT Zurich représente une autre étape importante dans ce processus : la validité de la mécanique quantique n’a jamais été prouvée dans un objet aussi lourd que celui de cette expérience.
Résonateur en cristal de saphir que les chercheurs de l’ETH utilisent pour étudier la validité de la mécanique quantique sur des objets constitués de quadrillions d’atomes. EHT Zurich.
frontière entre les mondes
Avec ce développement, nous percevons que la frontière qui sépare le monde quantique du monde physique ordinaire n’est pas une simple ligne imaginaire.
En ce sens, on peut dire que nous assistons à un moment de la science similaire à celui que nous avons vécu au début du XXe siècle : c’est alors que nous nous sommes rendu compte que les atomes, considérés comme les briques impénétrables de l’univers, cachaient en réalité un univers étrange que nous appelons monde quantique.
Nous réalisons maintenant que la frontière entre le monde quantique et le monde physique ordinaire a une complexité équivalente à celle des atomes : cette recherche a montré que les ondes que deviennent les particules deviennent plus petites d’autant que leur masse augmente.
question de pâte
Si le ballon de soccer que nous avons pris en exemple devenait une vague qui traverse le gardien sans cesser d’être un ballon, il aurait plus de mal à y parvenir si sa taille devenait de plus en plus grosse.
Nous savons alors que la frontière qui sépare les deux mondes est déterminée par la masse, mais la nouvelle recherche nous dit que nous pouvons manipuler cette masse pour qu’elle continue à se comporter comme une particule quantique, même si sa masse augmente. UN nouveau pouvoir sur la matière que nous acquérons presque sans nous en rendre compte.
Le docteur. Matteo Fadelqui a mené cette enquête, le reconnaît pleinement dans un libérer quand il dit : « avec quelques améliorations, nous devrions être capables de créer encore plus d’états macroscopiques dans un futur proche, prouvant ainsi la mécanique quantique dans des régimes encore inexplorés ».
Le chat de Schrödinger
Le but ultime de Fadel est de découvrir ce qu’il advient des effets quantiques dans le régime de masse intermédiaire entre des atomes ou des molécules qui ont plus de 2 000 atomes, d’une part, et dans des objets vraiment macroscopiques (quadrillions d’atomes), d’autre part.
Certaines théories actuelles supposent que la perte de cohérence quantique à mesure que les objets grossissent est en quelque sorte intégrée à la mécanique quantique.
Si c’était vrai, cela voudrait dire que le célèbre Équation de Schrödingerun outil mathématique que les physiciens utilisent pour décrire les systèmes quantiques (dans lesquels un chat est supposé être à la fois vivant et mort), est incomplet et doit être complété par un terme supplémentaire.
Une nouvelle barrière a été franchie entre le monde quantique et le monde classique
Nouvelle physique
Ce que la nouvelle recherche suggère, c’est que l’équation de Schrödinger pourrait ne pas décrire la frontière entre le monde quantique et le monde ordinaire.
C’est la même chose qui s’est produite lorsque nous avons regardé à l’intérieur des atomes pour la première fois : nous avons dû transcender la physique classique et avons fini par construire, 70 ans plus tard, le modèle standard qui décrit cet univers inattendu.
Maintenant, nous considérons que le Modèle Standard qui nous a tant aidés à comprendre le monde de l’infiniment petit est, à son tour, la porte de ce que nous appelons Nouvelle physiquecapable d’expliquer la matière noire ou l’interaction gravitationnelle entre les particules, parmi d’autres mystères non résolus issus de notre introspection à l’intérieur des atomes.
améliorations technologiques
Cela devrait également nous aider à améliorer l’informatique quantique et les capteurs quantiques, car ce que la nouvelle recherche met en garde, c’est que qubits (ou bits quantiques) impliqués dans ces technologies peuvent perdre des propriétés (superposition d’états ou intrication quantique) s’ils font partie de structures de plus en plus massives.
Ils auraient des limitations inattendues dans leur fonctionnalité que nous devons identifier et corriger. La nouvelle recherche nous dit comment intervenir à la frontière entre ces deux mondes pour y parvenir.
Référence
Test quantique macroscopique avec des résonateurs à ondes acoustiques de masse. Bjorn Schrinski et al. Phys Rev. Lett. 130, 133604; 29 mars 2023. DOI : https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.133604