Soyez rapide, évitez la lumière et roulez sur une rampe sinueuse : telle est la recette d’une expérience pionnière proposée par des physiciens théoriciens dans un article récent Publié dans Lettres d’examen physique. Un objet évoluant dans un potentiel créé par des forces électrostatiques ou magnétiques devrait générer rapidement et de manière fiable un état de superposition quantique macroscopique.
La frontière entre la réalité quotidienne et le monde quantique reste floue. Plus un objet est massif, plus il devient localisé lorsqu’il est rendu quantique en refroidissant son mouvement jusqu’au zéro absolu.
Les chercheurs, dirigés par Oriol Romero-Isart de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique (IQOQI) de l’Académie autrichienne des sciences (ÖAW) et du Département de physique théorique de l’Université d’Innsbruck, proposent une expérience dans laquelle une nanoparticule en lévitation optique , refroidi jusqu’à son état fondamental, évolue dans un potentiel non optique (« sombre ») créé par des forces électrostatiques ou magnétiques. Cette évolution dans le potentiel sombre devrait générer rapidement et de manière fiable un état de superposition quantique macroscopique.
La lumière laser peut refroidir une sphère de verre de taille nanométrique jusqu’à son état fondamental de mouvement. Laissées seules, bombardées par des molécules d’air et diffusant la lumière entrante, ces sphères de verre se réchauffent rapidement et quittent le régime quantique, limitant ainsi le contrôle quantique. Pour éviter cela, les chercheurs proposent de laisser la sphère évoluer dans l’obscurité, lumière éteinte, guidée uniquement par des forces électrostatiques ou magnétiques non uniformes. Cette évolution est non seulement suffisamment rapide pour empêcher le réchauffement dû aux molécules de gaz parasites, mais elle lève également la localisation extrême et imprime sans équivoque des caractéristiques quantiques.
L’article récent dans Lettres d’examen physique explique également comment cette proposition contourne les défis pratiques de ce type d’expériences. Ces défis incluent la nécessité de réaliser des expériences expérimentales rapides, une utilisation minimale de la lumière laser pour éviter la décohérence et la possibilité de répéter rapidement des expériences expérimentales avec la même particule. Ces considérations sont cruciales pour atténuer l’impact du bruit basse fréquence et d’autres erreurs systématiques.
Cette proposition a été longuement discutée avec les partenaires expérimentaux de Q-Xtreme, un projet ERC Synergy Grant. « La méthode proposée s’aligne sur les développements actuels dans leurs laboratoires et ils devraient bientôt pouvoir tester notre protocole avec des particules thermiques en régime classique, ce qui sera très utile pour mesurer et minimiser les sources de bruit lorsque les lasers sont éteints », précise le équipe théorique d’Oriol Romero-Isart.
« Nous pensons que même si l’expérience quantique ultime sera inévitablement un défi, elle devrait être réalisable car elle répond à tous les critères nécessaires à la préparation de ces états de superposition quantique macroscopique. »
Plus d’information:
M. Roda-Llordes et al, Superpositions quantiques macroscopiques via la dynamique dans un potentiel large à double puits, Lettres d’examen physique (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.132.023601