Les physiciens mettent au point un “microphone quantique” capable de mesurer les particules sonores individuelles

Jusqu’à présent, il a été impossible de mesurer les états des phonons.

Les particules sonores appelées phonons sont des paquets d’énergie vibratoire émis par les atomes. Selon leur fréquence, ils se manifestent sous forme de son ou de chaleur.

Tout comme les photons, qui sont les porteurs quantiques de la lumière, les phonons sont quantifiés. Leurs énergies vibratoires ont des valeurs discrètes.

Impossible de mesurer les états des phonons

Cependant, jusqu’à présent, il a été impossible de mesurer les états des phonons. C’est parce que les différences d’énergie entre les états sont incroyablement faibles. Tout cela a peut-être changé.

Les physiciens de Stanford ont développé un “microphone quantique” capable de mesurer les phonons. L’appareil peut voir l’introduction d’ordinateurs quantiques qui fonctionnent en manipulant le son plutôt que la lumière, ce qui les rend plus petits et plus efficaces.

“Nous nous attendons à ce que cet appareil permette de nouveaux types de capteurs quantiques, de transducteurs et de dispositifs de stockage pour les futures machines quantiques”, a déclaré Amir Safavi-Naeini, directeur de l’étude et professeur adjoint de physique appliquée à la Stanford School of Humanities and Sciences.

L’appareil a été qualifié de “microphone le plus sensible du monde” et consiste en une invention capable de mesurer les états de Fock, et donc le nombre de phonons. Les états de Fock représentent l’énergie d’un système mécanique.

Ces états sont exprimés en fonction du nombre de phonons qu’ils génèrent. Par exemple, “1 état Fock” consiste en un phonon d’une énergie particulière. Plus l’état de Fock est élevé, plus le son est fort.

“La mécanique quantique nous dit qu’il est impossible de connaître avec précision la position et la quantité de mouvement, mais elle ne dit rien de tel au sujet de l’énergie”, a dit Safavi-Naeini. “L’énergie peut être connue avec une précision infinie.”

Les physiciens ont conçu un microphone quantique fait de résonateurs nanomécaniques en surfusion couplés à un circuit supraconducteur qui contient des paires d’électrons se déplaçant sans résistance. Le circuit forme un bit quantique qui peut être lu électroniquement.

Nouveaux types d’appareils

C’est excitant parce que maîtriser la capacité de générer et de détecter les phonons pourrait mener à de nouveaux types d’appareils capables de stocker et de récupérer des informations codées sous forme de particules de son au lieu de lumière. Ces appareils seraient plus compacts et plus efficaces que les machines quantiques qui utilisent des photons parce que les phonons sont plus faciles à manipuler et ont des longueurs d’onde beaucoup plus petites que les particules de lumière.

“En ce moment, les gens utilisent des photons pour coder ces états. Nous voulons utiliser des phonons, ce qui apporte beaucoup d’avantages”, a déclaré Safavi-Naeini. “Notre appareil est un pas important vers la fabrication d’un ‘ordinateur mécanique quantique’.”

L’appareil fait l’objet d’une étude détaillée dans la revue Nature.

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Source : Interesting Engineering – Traduit par Anguille sous roche