Des chercheurs ont découvert un phénomène étonnant qui rend les atomes transparents. Cela pourrait avoir des conséquences très intéressantes dans l’informatique quantique notamment.
Des scientifiques de Caltech ont découvert un phénomène tout à fait étonnant, la “transparence induite collectivement” ou CIT pour “collectively induced transparency”. Celle-ci survient lorsqu’un groupe d’atomes cesse de réfléchir la lumière à certaines fréquences. Cette découverte pourrait être très intéressante en informatique quantique, notamment.
Des chercheurs ont découvert un phénomène étonnant qui rend les atomes transparents
L’électrodynamique quantique en cavité (EQC) consiste à étudier l’interaction entre la lumière confinée dans une cavité réfléchissante et les particules au niveau le plus fondamental alors que la nature quantique des photons significative. C’est un domaine de recherche qui a énormément progressé ces dernières années, notamment grâce au laser. L’EQC est d’ailleurs depuis peu appliquée au traitement de l’information quantique.
Ici, les chercheurs examinaient les interactions lumière-matière avec des ions de terres rares intégrés à des solides – cet état solide est crucial dans le cadre d’une intégration sur puce pour des applications quantiques – lorsqu’ils ont découvert une fenêtre de transparence dans le spectre de réflexion de la cavité optique : “Nous ne savions pas que cette fenêtre de transparence existait. Notre recherche est avant tout devenue un voyage pour découvrir pourquoi”, explique Andrei Faraon, professeur de physique appliquée et d’ingénierie électrique à Caltech et co-auteur de ce papier. L’équipe a confiné environ 1 million d’atomes d’ytterbium intégrés à du vanadate d’yttrium (YVO4) dans une cavité (ou résonateur) optique – seulement 20 micromètres de long et avec des caractéristiques inférieures à 1 micromètre -. Ces atomes ont alors été bombardés par un faisceau laser.
“Grâce aux techniques conventionnelles de mesure de l’optique quantique, nous avons constaté que notre système avait atteint un régime inexploré, révélant une nouvelle physique”, s’enthousiasme Rikuto Fukumori, chercheur en sciences de l’information quantique et co-auteur de l’étude. Les groupes d’atomes absorbent et réémettent continuellement de la lumière, donnant l’impression que la lumière du laser rebondit sur eux. Ceci ne survient que jusqu’à un certain. À une certaine fréquence apparaît une “fenêtre de transparence”, avec une lumière qui passe à travers la cavité, sans la moindre entrave.
Comment expliquer cela ? Il s’avère qu’il s’agit d’une interférence destructive, laquelle se produit lorsque deux ondes, de sources différentes et de même amplitude, se superposent alors qu’elles sont déphasées (leurs extrêmes s’annulant). Les groupes d’atomes réfléchissent la lumière laser en continu, mais à la fréquence du CIT, la lumière réémise par chacun des atomes d’un groupe crée un équilibre, lequel entraîne une baisse de la réflexion.
Cela pourrait avoir des conséquences très intéressantes dans l’informatique quantique notamment
“Nous avons pu surveiller et contrôler les interactions lumière-matière de la mécanique quantique à l’échelle nanométrique”, résume le co-auteur Joonhee Choi, ancien chercheur de Caltech, désormais professeur adjoint à l’Université de Stanford.
Outre cette transparence, les chercheurs ont constaté que l’ensemble d’atomes peut absorber et émettre la lumière du laser plus rapidement ou plus lentement qu’un seul atome selon l’intensité du laser. Des processus de “superradiance” ou “sous-radiance” encore très mal compris aujourd’hui : “Leur observation représente une étape clé vers la création de lasers superradiants à largeur de raie ultra-fine et de mémoires subradiantes à longue durée de vie à l’état solide.”
Voilà en tous les cas qui vient élargir quelque peu notre compréhension des effets quantiques. Et qui sait, peut-être cela permettra-t-il de mettre au moins des mémoires quantiques plus efficaces. La découverte de cette CIT pourrait aussi permettre de concevoir des réseaux quantiques : “Outre les mémoires, ces systèmes expérimentaux fournissent des indications importantes sur le développement de futures connexions entre ordinateurs quantiques“, déclarait le professeur Manuel Endres, co-auteur de l’étude.
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