Faire la lumière sur les pièges à ions

La manipulation d'atomes et d'ions uniques à l'aide de champs lumineux et électriques est l'une des caractéristiques déterminantes de la science moderne. Ces outils ont donné aux chercheurs un moyen de jouer avec les éléments constitutifs de notre monde d'une manière dont les générations précédentes ne pouvaient que rêver. Et le nombre de percées majeures issues de cette technologie est légion : tout, des condensats de Bose Einstein à l'informatique quantique.

Curieusement, cependant, le piégeage des ions et des atomes repose sur différentes technologies. Depuis 1980, des ions isolés sont piégés dans des champs électriques à radiofréquence. Ces champs exercent sur un ion des forces suffisamment puissantes pour surmonter les inévitables champs électriques parasites qui pourraient autrement influencer un ion.

D'autre part, les chercheurs s'appuient sur des pièges optiques pour saisir les atomes. Le premier atome unique n'a été piégé de cette manière qu'en 1999.

Mais malgré ces différences, le mécanisme de piégeage est assez similaire dans ces deux techniques. Dans un piège RF, le champ électromagnétique agit sur le moment dipolaire de l'ion, générant une force qui le maintient confiné. Dans un piège optique, le confinement résulte de la force dipolaire optique. C'est un peu plus faible que les forces dans un piège RF. Les physiciens ne se sont jamais souciés du piégeage optique des ions de peur qu'un champ électrique parasite n'emporte l'ion.

Mais ils peuvent désormais apaiser cette peur, déclarent Tobias Schaetz et ses amis de l'Institut Max Planck d'optique quantique en Allemagne. La raison en est que ces types l'ont fait : ils ont piégé un seul ion magnésium dans un piège optique pendant une période de quelques millisecondes. De plus, leur expérience n'est qu'une preuve de principe : des améliorations significatives de la technique et du piégeage devraient être relativement simples à réaliser.

La capacité de piéger les ions avec des champs optiques ouvre un certain nombre de nouveaux horizons. Les pièges optiques peuvent être plus complexes et plus facilement et plus finement manipulés que les pièges RF. Ils devraient donner aux physiciens un meilleur sac d'astuces à jouer sur les ions. Ces pièges pourraient être utilisés pour construire de meilleurs ordinateurs quantiques et simulateurs quantiques. Ils pourraient également permettre aux physiciens de créer et d'étudier plus en détail les propriétés des cristaux ioniques 3D.

Et après des années de manipulation séparée des atomes et des ions, les physiciens découvriront qu'ils peuvent désormais jouer avec les deux en même temps dans un piège optique. Cela devrait permettre aux chercheurs d'étudier l'interaction entre les atomes et les ions plus en détail que jamais.

Bref, des trucs sympas !

Réf : arxiv.org/abs/1001.2953 : Piégeage optique d'un ion

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