Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur de physique LMU Immanuel Bloch a réalisé expérimentalement un système quantique exotique qui est robuste au mélange par des forces périodiques.
Quand James Bond demande un Martini au barman (« secoué, pas agité"), il tient pour acquis que les ingrédients de la boisson sont miscibles. S'il passait la commande dans un bar du royaume quantique, cependant, L'agent 007 risque d'être surpris ! Pour une équipe de recherche dirigée par les physiciens Pranjal Bordia, Professeur Immanuel Bloch (LMU et Max-Planck-Institute for Quantum Optics) et Professeur Michael Knap (TU Munich, Département de physique et Institut d'études avancées) a maintenant préparé une forme de matière quantique résistante aux secousses – une propriété qui rendrait la vie difficile aux amateurs de cocktails.
En réalité, le problème avec la matière quantique réside normalement dans sa sensibilité même aux perturbations :l'action de forces oscillatoires, même faibles, a généralement des conséquences drastiques à long terme et devrait modifier considérablement son état initial. Par conséquent, jusqu'à présent, il était largement admis que les systèmes quantiques devraient normalement être susceptibles de se mélanger, puisque secouer injecte de l'énergie dans le système, et devrait le faire chauffer indéfiniment.
Mais le groupe de Munich a maintenant caractérisé expérimentalement un état quantique exotique qui ne se comporte pas de cette manière :lorsqu'il est soumis à une force périodique, ses constituants ne se mélangent pas. Les chercheurs ont d'abord refroidi un nuage d'atomes de potassium à une température extrêmement basse dans une chambre à vide. Ils ont ensuite chargé les atomes ultrafroids dans un réseau optique formé par des faisceaux laser à propagation inverse qui génèrent des ondes stationnaires. Un tel réseau peut être considéré comme un réseau de puits d'énergie dans lesquels les atomes peuvent être piégés individuellement, comme les œufs dans une boîte à œufs. "En outre, nous avons pu introduire du désordre dans le réseau de manière contrôlée en modifiant aléatoirement la profondeur des puits individuels, " dit Pranjal Bordia, premier auteur de la nouvelle étude. Par ce moyen, les atomes de potassium pourraient être localisés dans des zones particulières du réseau, et n'étaient pas uniformément répartis dans le réseau. Les physiciens ont ensuite secoué le réseau en faisant varier périodiquement l'intensité de la lumière laser. Mais le système s'est avéré si stable que les groupes d'atomes localisés ne se sont pas mélangés. Les atomes de potassium ont été quelque peu ballottés, mais leur distribution globale dans le réseau est restée intacte.
Les expériences confirment les prédictions récemment publiées concernant une classe spécifique de systèmes quantiques dans lesquels le désordre sert en fait à localiser les particules quantiques. De plus, l'observation selon laquelle cet état quantique exotique nouvellement réalisé est resté stable pendant une période étonnamment longue est corroborée par les résultats des simulations numériques de haute performance qui ont suivi. La démonstration expérimentale de ce système quantique pourrait avoir des conséquences pratiques pour les efforts visant à développer des ordinateurs quantiques robustes, et les études d'états quantiques exotiques promettent de donner de nouvelles perspectives sur les problèmes fondamentaux de la physique théorique.
