Les molécules ultrafroides sont prometteuses pour des applications dans les nouvelles technologies quantiques. Malheureusement, ces molécules sont détruites en entrant en collision les unes avec les autres. Des chercheurs de l'Université Harvard, MIT, L'Université de Corée et l'Université Radboud ont démontré que ces pertes par collision peuvent être évitées en guidant l'interaction entre les molécules à l'aide de micro-ondes de manière à ce qu'elles se repoussent et, donc, ne vous approchez pas les uns des autres pendant les collisions. Leur article sera publié dans Science le 13 août.

Les technologies quantiques à venir telles que l'informatique quantique et la simulation quantique sont à la mode en ce moment. D'énormes progrès sont faits vers leur réalisation dans diverses plates-formes telles que les ions piégés et les réseaux d'atomes de Rydberg. Les molécules ultrafroides sont une autre plateforme prometteuse. Malheureusement, les collisions entre les molécules conduisent à des pertes comme si elles étaient chimiquement réactives, qui a limité la capacité de refroidir les molécules au cours de la dernière décennie. Une équipe de chercheurs a maintenant démontré que ces pertes collisionnelles peuvent être supprimées en créant des interactions répulsives entre les molécules à l'aide de micro-ondes.

L'élimination des pertes par collision et l'augmentation des collisions élastiques permettront de refroidir les molécules en un gaz quantique et de rendre leur application dans les nouvelles technologies quantiques à portée de main. Un avantage unique des molécules ultrafroides est que les interactions entre les molécules peuvent être réglées et contrôlées en tournant un bouton dans le laboratoire, en utilisant des champs externes. Par exemple, lorsque les molécules sont exposées aux micro-ondes, leurs moments dipolaires oscilleront avec les micro-ondes. De cette façon, nous pouvons contrôler les interactions entre les moments dipolaires moléculaires.

Plutôt que de suivre le champ des micro-ondes, les moments dipolaires peuvent également s'emboîter, qui peut provoquer une attraction ou une répulsion entre les molécules. La répulsion entre les molécules peut les empêcher de se rapprocher. "De cette façon, nous pouvons protéger les molécules des pertes par collision, " explique Tijs Karman de l'université Radboud, qui a proposé cette méthode et dont les calculs ont guidé l'expérience.

Réalisation expérimentale

Pour la première fois, le blindage contre les micro-ondes a été démontré expérimentalement dans le laboratoire du professeur John Doyle à l'Université Harvard. Cette expérience utilise des molécules de monofluorure de calcium (CaF) qui sont refroidies à une température de 100 µK à l'aide d'une technique appelée refroidissement laser. Ces molécules sont ensuite stockées dans des pièges individuels fabriqués par une lumière laser focalisée, qui sont appelés pinces optiques. Deux de ces pincettes, contenant chacun une seule molécule, sont ensuite fusionnés pour étudier les collisions entre exactement deux molécules. Pour protéger les molécules, ils sont exposés aux micro-ondes d'un réseau d'antennes. De cette façon, les physiciens ont conçu des interactions répulsives entre les molécules qui les protègent des pertes par collision. Le taux de perte a été divisé par six.

Refroidissement à un gaz quantique de molécules

En plus de supprimer les pertes par collision, la répulsion entre les molécules lorsqu'elles sont éloignées les unes des autres conduit à des collisions élastiques rapides. Ici, les collisions élastiques sont multipliées par 17. Ces collisions élastiques sont importantes pour la thermalisation. Une thermalisation rapide et une perte lente sont exactement ce qui est nécessaire pour un refroidissement supplémentaire des molécules par évaporation, un jalon de longue date dans le domaine. Par conséquent, le blindage démontré ici est une étape majeure vers la création d'un gaz quantique de molécules ultrafroides et la réalisation de futures technologies quantiques telles que l'informatique quantique et la simulation quantique.