Des scientifiques dépassent la sensibilité des mesures quantiques
Des chercheurs en Europe ont fait ce que personne n'est parvenu à faire jusqu'ici: dépasser la limite de la sensibilité d'une mesure quantique. Ces résultats pourraient jouer un rôle très important dans l'interférométrie et les limites quantiques des mesures. Présenté dans la revue Nature, la recherche était financée par le projet EMALI («Engineering, manipulation and characterization of quantum states of matter and light») qui a reçu une bourse Marie Curie pour les réseaux de formation en recherche d'une valeur de plus de 439 000 euros au titre du sixième programme-cadre (6e PC). Elle visait à développer des techniques générales théoriques et expérimentales pour fabriquer, manipuler et caractériser les états quantiques de la matière et de la lumière. L'interférométrie utilise le principe de superposition quantique qui permet aux particules quantiques de prendre un certain nombre de voies simultanément. Ceci permet de détecter de minuscules différences dans les voies. Grâce à cette dernière étude, les interactions entre les particules permettront de générer des interféromètres plus sensibles. L'auteur principal Mario Napolitano, un doctorant de l'Institut de Ciències Fotòniques (IFCO) à Barcelone, en Espagne, et ses collègues ont utilisé des photons pour étudier un ensemble atomique, atteignant effectivement la sensibilité nécessaire pour surpasser une limite fondamentale dite limite de Heisenberg (ce que les experts décrivent comme la limite ultime de diverses mesures, dont l'imagerie magnétique et la détection des ondes). «Les instruments les plus précis sont interférométriques par nature et fonctionnent selon les lois de la mécanique quantique», écrivent les auteurs dans la revue Nature. «Un ensemble de particules, par exemple des photons ou des atomes, est préparé dans un état de superposition pour évoluer sous l'action d'un vecteur hamiltonien contenant un paramètre inconnu, à savoir X, et mesuré en accord avec la théorie de mesure quantique. La complémentarité de ces mesures quantiques détermine la sensibilité finale de ces instruments.» Les physiciens quantiques expliquent que dans le principe d'incertitude de Heisenberg, certaines paires de propriétés physiques telles que la position et la vitesse ne peuvent être connues pour la précision arbitraire (si l'on connaît une propriété précisément, l'autre n'en sera que moins connue). D'après leurs résultats, les interactions entre particules pourraient servir en métrologie quantique. Certaines restrictions reposent sur l'acte de mesure en physique quantique, aussi atteindre la sensibilité devient un processus complexe. D'après les experts, dans une mesure impliquant l'interférence quantique parmi les particules de test N, la sensibilité s'améliore à mesure que N augmente, atteignant 1/N1/2 si les particules sont indépendantes et 1/N (la limite de Heisenberg) si elles sont «liées» en terme de mécanique quantique. Les scientifiques ont récemment suggéré qu'il était possible d'améliorer la sensibilité si les particules interagissent l'une avec l'autre. Fondamentalement, le comportement d'une particule dépendra de la présence d'autres. Dans cette étude, les chercheurs ont développé un système pour obtenir cet échelon de «super Heisenberg». L'équipe utilisait des effets optiques non linéaires dans un ensemble d'atomes froids pour produire des interactions entre les photons utilisés pour étudier la magnétisation de l'ensemble. La mesure a révélé une meilleure graduation au-delà de la limite de Heisenberg, dépassant l'interféromètre conventionnel par un facteur de 10. «Nos travaux montrent que les interactions entre particules peuvent améliorer la sensibilité dans une mesure limitée au quantique, et démontrent sur le plan expérimental une nouvelle ressource pour la métrologie quantique», concluent les auteurs.Pour de plus amples informations, consulter: Institut de Ciències Fotòniques (IFCO): http://www.icfo.es/ Revue Nature: http://www.nature.com/
Pays
Espagne, France