Améliorer la sensibilité des détecteurs atomiques
Avec le projet AQUMET, financé par l'UE, les chercheurs avaient en tête un objectif ambitieux: démontrer et enregistrer la sensibilité de détecteurs atomiques, puis améliorer cette sensibilité, en utilisant la physique quantique en général et, plus précisément, l'intrication. Les horloges atomiques ou les magnétomètres atomiques sont des exemples de détecteurs atomiques. Les chercheurs ont obtenu des résultats réellement révolutionnaires, ouvrant la voie à l'utilisation de mesures extrêmement précises dans un grand nombre de domaines. «Sur un plan technologique, ce travail est intéressant car les champs magnétiques sont omniprésents, et quasiment n'importe quel phénomène produit ou modifie le champ magnétique d'une façon ou d'une autre», déclare Morgan Mitchell, coordinateur du projet. «En pratique, l'accès à des mesures extrêmement précises est bénéfique à l'exploitation des minerais, par exemple, car elles permettent de détecter les perturbations du champ magnétique terrestre provoquées par les dépôts de minerais enfouis. Cela signifie également que nous pouvons maintenant observer des processus biologiques dans le cœur et le cerveau, grâce au champ magnétique qu'ils produisent.» Jouer au plus fin La sensibilité d'un magnétomètre atomique est définie par le plus petit signal qu'il est capable de résoudre de façon fiable, une définition qui est fondamentalement limitée par le bruit quantique. Par exemple, si un laser détecte les atomes et leur réponse au champ magnétique, cette sensibilité sera limitée par le bruit de grenaille, considéré comme la source du bruit quantique. Pour réduire ce bruit de grenaille et améliorer ainsi la sensibilité magnétique, on peut utiliser des techniques optiques quantiques connues sous le nom de compression, ce qu'a fait AQUMET. «Nos recherches ont montré les premières améliorations apportées à la sensibilité magnétique grâce à la compression, à la fois la compression de la lumière, où le bruit de grenaille est réduit, et la compression du bruit quantique atomique», explique M. Mitchell. «Ce que nous avons découvert, c'est que le bruit quantique dans les atomes est très différent du bruit quantique dans la lumière. En comprenant cela, nous avons pu identifier plusieurs nouveaux états comprimés, dont des états singulets macroscopiques et des états comprimés planaires. Selon M. Mitchell, l'état planaire compressé est particulièrement intéressant car on a démontré qu'il réduit le bruit quantique de façon à améliorer la sensibilité de détecteurs plus complexes, dont les imageurs à résonance magnétique qui doivent pouvoir détecter simultanément plusieurs propriétés atomiques. À point nommé La recherche d'AQUMET est arrivée au bon moment. «En étudiant les limites quantiques de la détection atomique et en développant de nouvelles méthodes pour surmonter les limites habituelles que le bruit quantique impose à ces détecteurs, le projet a posé les bases de l'utilisation de technologies de détection quantique dans une série d'initiatives et de secteurs», déclare M. Mitchell. «Il contribue ainsi à l'initiative phare pour les énergies quantiques de l'UE et à permettre à la recherche médicale de bénéficier de ces technologies de détection.» Le projet est maintenant achevé, mais les chercheurs poursuivent leurs efforts pour repousser les limites fondamentales de la détection atomique en utilisant le système développé par AQUMET. D'autre part, les connaissances acquises par AQUMET sont maintenant utilisées dans de nouveaux systèmes physiques, dont des magnétomètres atomiques à petite échelle utilisés pour détecter des champs biomagnétiques, et les nouveaux états de compression découverts par AQUMET sont étudiés pour être utilisés dans d'autres technologies de pointe comme les horloges atomiques.
Mots‑clés
AQUMET, physique quantique, détection atomique, technologies quantiques, technologies de détection