Des physiciens israéliens ont créé un interféromètre quantique sur une puce atomique. Ce dispositif peut être utilisé pour explorer les fondements de la théorie quantique en étudiant la figure d'interférence entre deux faisceaux d'atomes. Physicien de l'Université de Groningue, Anupam Mazumdar, décrit comment l'appareil pourrait être adapté pour utiliser des particules mésoscopiques au lieu d'atomes. Cette modification permettrait des applications étendues. Une description de l'appareil, et des considérations théoriques concernant son application par Mazumdar, ont été publiés le 28 mai dans la revue Avancées scientifiques .

Le dispositif, créé par des scientifiques de l'Université Ben Gourion du Néguev, est un interféromètre dit de Stern Gerlach, qui a été proposé pour la première fois il y a 100 ans par les physiciens allemands Otto Stern et Walter Gerlach. Leur objectif initial de créer un interféromètre avec des atomes se propageant librement exposés à des gradients d'aimants macroscopiques n'a pas été pratiquement réalisé jusqu'à présent. "De telles expériences ont été faites en utilisant des photons, mais jamais avec des atomes, " explique Anupam Mazumdar, Professeur de physique théorique à l'Université de Groningue et l'un des co-auteurs de l'article dans Avancées scientifiques .

Les scientifiques israéliens, dirigé par le professeur Ron Folman, créé un interféromètre sur une puce atomique, qui peut confiner et/ou manipuler des atomes. Un faisceau d'atomes de rubidium est soulevé au-dessus de la puce à l'aide d'aimants. Des gradients magnétiques sont utilisés pour diviser le faisceau en fonction des valeurs de spin des atomes individuels. Le spin est un moment magnétique qui peut avoir deux valeurs, soit vers le haut, soit vers le bas. Les atomes de spin-up et de spin-down sont séparés par un gradient magnétique. Ensuite, les deux faisceaux divergents sont à nouveau rapprochés et recombinés. Les valeurs de spin sont ensuite mesurées, et un motif d'interférence est formé. Le spin est un phénomène quantique, et tout au long de cet interféromètre, les vrilles opposées sont enchevêtrées. Cela rend l'interféromètre sensible à d'autres phénomènes quantiques.

Mazumdar n'a pas été impliqué dans la construction de la puce, mais il a contribué des idées théoriques à l'article. Avec plusieurs de ses collègues, il a déjà proposé une expérience pour déterminer si la gravité est en fait un phénomène quantique en utilisant des objets mésoscopiques enchevêtrés, à savoir de minuscules diamants qui peuvent être amenés dans un état de superposition quantique. "Il serait possible d'utiliser ces diamants à la place des atomes de rubidium sur cet interféromètre, " explique-t-il. Cependant, ce processus serait très complexe, comme appareil, qui fonctionne actuellement à température ambiante, devrait être refroidi à environ 1 Kelvin pour l'expérience mésoscopique.

Si cela est réalisé, deux de ces puces atomiques pourraient tomber ensemble (pour neutraliser la gravité externe), de sorte que toute interaction se produisant entre eux dépendrait de l'attraction gravitationnelle entre les deux puces. Mazumdar et ses collègues visent à déterminer si l'intrication quantique de la paire se produit pendant la chute libre, ce qui voudrait dire que la force de gravité entre les diamants est bien un phénomène quantique. Une autre application de cette expérience est la détection des ondes de gravité; leur déformation de l'espace-temps doit être visible dans la figure d'interférence.

La mise en œuvre effective de cette expérience est encore loin, mais Mazumdar est très excité maintenant que l'interféromètre a été créé. "C'est déjà [un] capteur quantique, bien que nous ayons encore à déterminer exactement ce qu'il peut détecter. L'expérience est comme les premiers pas d'un bébé - maintenant, nous devons le guider pour atteindre la maturité."