Une marche quantique de 23 pas
Une équipe de scientifiques menée par l'Institute of Quantum Optics and Quantum Information (IQOQI) de l'académie des sciences autrichienne a réussi à faire effectuer une marche quantique de 23 pas à un système quantique. Les résultats de l'étude, financés en partie par l'UE, ont été publiés dans la revue Physical Review Letters. En physique classique et en mathématiques, on parle de marche aléatoire pour qualifier une trajectoire qui résulte d'une succession d'étapes aléatoires. Parmi les exemples, citons la «planche de Galton» qui sert à montrer aux étudiants la distribution binomiale. Des billes sont lâchées en haut de la planche et rebondissent soit à gauche soit à droite de manière aléatoire en heurtant les rangées de clous plantés sur la planche. Le «mouvement brownien» est le nom du déplacement apparemment aléatoire de particules en suspension dans un fluide tel que liquide ou gaz. Les chercheurs ont pris dans cette étude l'exemple d'un randonneur, lequel doit déterminer la direction à prendre lorsqu'il arrive à une jonction. Sans carte, il décidera de manière aléatoire quel chemin prendre. Qu'il fasse un détour ou pas, il arrivera à sa destination. Les physiciens ont utilisé un et deux ions piégés pour montrer une marche quantique sur une ligne dans l'espace des phases (un espace englobant tous les états possibles d'un système). Cette étude offre au monde de la physique un premier regard sur ce processus quantique en utilisant des ions piégés. Les Drs Christian Roos et Rainer Blatt de l'IQOQI, ainsi que leurs collègues, ont transféré le principe de marche aléatoire aux systèmes quantiques et stimulé un atome afin qu'il «fasse une promenade quantique». «Nous piégeons un atome dans un piège à ion électromagnétique et le refroidissons afin de le préparer dans son état fondamental», explique le Dr Roos. «Nous créons ensuite une superposition quantique de deux états internes et nous lançons la marche de l'atome.» Selon les chercheurs, les deux états internes correspondent à la décision que prendra le randonneur d'aller à gauche ou à droite. Le cas de l'atome est un peu différent car il n'a pas à décider d'une direction particulière; la superposition des deux états permet aux possibilités d'être présentées simultanément. «En fonction de l'état interne, nous déplaçons l'ion vers la droite ou la gauche», fait remarquer le Dr Roos. «Ainsi, les états cinétique et interne de l'ion sont associés.» L'équipe a modifié la superposition des états intérieurs après chaque étape. Une impulsion laser a été utilisée pour le changement, puis l'ion a été envoyé à gauche ou à droite. Les scientifiques ont réitéré ce processus de manière aléatoire jusqu'à 23 fois et ont collecté des données sur le déroulement des marches quantiques. L'utilisation d'un second ion a permis aux physiciens de poursuivre l'expérience et à l'ion marchant de «se stabiliser» plutôt que de bouger à gauche ou à droite. Les scientifiques ont effectué l'analyse statistique des 23 pas, montrant que les marches quantiques ne sont pas identiques aux marches «aléatoires» classiques.
Pays
Autriche