La physique quantique permet aux chercheurs de voir les « choses » sans les regarder


En règle générale, si vous voulez voir, vous avez besoin de lumière.

Si vous lisez ces lignes en ce moment, c’est grâce à la lumière de votre écran qui est projetée sur votre rétine, convertie en signaux électriques et envoyée par le nerf optique pour que votre cerveau l’interprète comme un ensemble de mots et d’images.

Mais que se passerait-il si vous pouviez voir des choses sans tout ce charabia ? Cela peut sembler impossible, voire contraire à la définition même de la vue, mais grâce au monde étrange de la mécanique quantique, c’est en fait parfaitement possible.

“Depuis les débuts de la mécanique quantique, la quête de la compréhension des mesures a été une riche source de fascination intellectuelle”, note un nouvel article publié ce mois-ci.

“Les mesures sans interaction appartiennent à la classe des tests d’hypothèse quantiques, où l’existence d’un événement (par exemple la présence d’une cible dans une région de l’espace) est évaluée”, explique-t-il. “Ici… la tâche consiste à détecter la présence d’une impulsion micro-ondes… [de telle sorte] qu’à la fin du protocole, le détecteur n’ait pas absorbé l’impulsion de manière irréversible.”

En d’autres termes : trouver un moyen de “voir” une impulsion micro-ondes, sans utiliser un seul photon.

Si elle réussit, l’équipe de l’université d’Aalto à l’origine du nouvel article ne serait pas la première à réaliser un tel exploit – en fait, leur expérience est basée sur une expérience initialement réalisée par Anton Zeilinger, l’un des lauréats du prix Nobel de physique de 2022. Mais il y avait une différence cruciale : Zeilinger avait travaillé avec des lasers et des miroirs, plutôt qu’avec des micro-ondes et des supraconducteurs.

Pour cette raison, “nous avons dû adapter le concept aux différents outils expérimentaux disponibles pour les dispositifs supraconducteurs”, a expliqué Gheorghe Sorin Paraoanu, co-auteur de l’étude, dans un communiqué. Au lieu de particules de lumière, l’équipe a utilisé des transmons spécialement modifiés – un type de qubit supraconducteur conçu en 2007 – pour détecter la présence des impulsions micro-ondes.

“Nous avons dû modifier le protocole standard sans interaction d’une manière cruciale : nous avons ajouté une autre couche de ‘quanticité’ en utilisant un niveau d’énergie plus élevé du transmon”, a déclaré M. Paraoanu. “Ensuite, nous avons utilisé la cohérence quantique du système à trois niveaux résultant comme une ressource.”

“La cohérence quantique” fait référence à cette propriété particulière qui rend la mécanique quantique si confuse. Il s’agit du paradoxe du chat de Schrödinger : la possibilité pour des objets d’occuper deux états différents en même temps – même si, selon les règles de la physique classique, cela devrait être impossible. Le monde quantique, en revanche, ne connaît pas de tels problèmes de superpositions. L’équipe a pu non seulement travailler avec cet effet, mais aussi l’utiliser à son avantage.

L’expérience a été un succès – et les modèles théoriques ont confirmé leurs résultats. “Nous avons également démontré que même les impulsions micro-ondes de très faible puissance peuvent être détectées efficacement à l’aide de notre protocole”, a ajouté Shruti Dogra, co-auteur de l’article.

Tout cela pourrait vous faire penser que c’est cool, mais que c’est un peu une niche, non ? Mais voici l’essentiel : ce résultat a des applications qui vont bien au-delà d’une simple démonstration de bizarrerie quantique.

“Dans le domaine de l’informatique quantique, notre méthode pourrait être appliquée pour diagnostiquer les états des photons micro-ondes dans certains éléments de mémoire”, a souligné M. Paraoanu. “Cela peut être considéré comme un moyen très efficace d’extraire des informations sans perturber le fonctionnement du processeur quantique.”

Entre-temps, l’équipe étudie déjà les autres implications de ses découvertes : des applications telles que la communication contrefactuelle – c’est-à-dire la communication entre deux parties dans laquelle aucune particule physique n’est transférée – et l’informatique quantique contrefactuelle, où les calculs peuvent donner des résultats sans que l’ordinateur lui-même ne soit jamais utilisé.

Si cela vous semble bizarre ou absurde, vous n’avez pas tort. Mais dans le monde quantique, ce genre de concepts époustouflants n’est en fait qu’un jeudi ordinaire.

L’étude est publiée dans la revue Nature Communications.

Lire aussi : La conscience change-t-elle les règles de la mécanique quantique ?

Source : ILFScience – Traduit par Anguille sous roche


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