Première observation d'un saut quantique macroscopique

L'une des caractéristiques déterminantes des objets quantiques est leur capacité à passer d'un état excité à un état fondamental sans passer par des états intermédiaires.

Les conséquences des sauts quantiques remplissent notre monde : la chimie, par exemple, est essentiellement la science des sauts quantiques.

Mais s'il est facile de voir les conséquences des sauts quantiques, il est beaucoup plus difficile de les prendre en flagrant délit.

Ces dernières années, les physiciens ont travaillé dur pour observer pendant que divers objets quantiques font un saut. Ils l'ont fait pour les photons, les électrons, les ions et les atomes piégés, voire certaines molécules. Ce n'est pas facile mais c'est faisable

Mais ils n'ont jamais vu un objet macroscopique sauter d'un niveau d'énergie à un autre. Ce n'est pas faute de phénomène quantique macroscopique ; il y a beaucoup de choix, comme le laser et la supraconductivité.

Tout cela change aujourd'hui avec l'annonce par Rajamani Vijayaraghavan et ses amis de l'Université de Californie à Berkeley, qu'ils ont vu un objet quantique macroscopique sauter pour la première fois.

L'objet en question est un qubit supraconducteur, ce que les physiciens appellent parfois un atome artificiel. L'atome est un circuit supraconducteur dans lequel le flux de charge dans une direction particulière peut représenter un 0 tandis que le flux dans la direction opposée représente 1, par exemple.

Les physiciens peuvent observer un qubit supraconducteur en le baignant dans des photons micro-ondes à l'intérieur d'une cavité. l'interaction entre photon et qubit modifie les propriétés du photon, telles que sa phase, qui peut être mesurée à sa sortie de la cavité.

Mais pour observer un saut de qubit, les photons doivent traîner assez longtemps, environ une microseconde environ. Mais les photons étant des choses éphémères, ils ont tendance à s'éloigner bien avant cela.

L'astuce que Vijayaraghavan et ses amis ont perfectionnée est de concevoir une cavité qui garde les photons occupés assez longtemps pour faire l'expérience du saut. Lorsque cela se produit, il est simple à voir. Ils disent que c'est la première observation de sauts quantiques dans un système quantique macroscopique.

Par macroscopique, ils entendent environ 10 micromètres de diamètre, la taille de leur circuit supraconducteur. C'est à peu près la taille d'un globule rouge.

C'est un résultat nouveau, mais c'est aussi un résultat potentiellement utile. La capacité de surveiller les qubits sautant d'un état à un autre est une technologie habilitante qui pourrait transformer l'informatique quantique. Par exemple, les codes de correction d'erreurs, sans lesquels les ordinateurs ne fonctionnent tout simplement pas, reposent sur ce type de contrôle.

De plus, Vijayaraghavan et ses amis disent que leurs idées peuvent facilement être appliquées à d'autres types de systèmes quantiques. Notre technologie peut être facilement intégrée dans des circuits hybrides impliquant des aimants moléculaires, des lacunes d'azote dans le diamant ou des points quantiques semi-conducteurs, disent-ils.

Si cela s'avère vrai, cela pourrait être l'une de ces percées techniques qui peuvent transformer des dispositifs de démonstration peu pratiques en centrales électriques pratiques capables de fonctionner dans le monde réel. Attendons voir.

Réf : arxiv.org/abs/1009.2969 : Observation de sauts quantiques dans un atome artificiel supraconducteur

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