Des groupes de recherche de l'Université Aalto et de l'Université de Jyväskylä ont démontré une nouvelle méthode de mesure par micro-ondes qui va à la limite quantique de la mesure et la dépasse. La nouvelle méthode peut potentiellement être utilisée par exemple dans le calcul quantique et la mesure des ondes gravitationnelles. Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique le 6.3.2017, l'une des revues de physique les plus prestigieuses.

Selon le principe d'incertitude de Heisenberg en mécanique quantique, un observateur ne peut pas obtenir simultanément des informations précises sur la position et la quantité de mouvement d'une particule. Ce principe fixe une limite fondamentale à toute mesure. En mécanique quantique même la lumière, ou plus généralement des ondes électromagnétiques, peut être représenté par des particules, photons, et donc leur détection est soumise au principe d'incertitude. Sans aucune incertitude, même les signaux les plus faibles pourraient être mesurés et, par exemple, le réseau de téléphonie mobile fonctionnerait partout dans le monde avec un seul point d'accès.

Pour les radio- et micro-ondes utilisées dans les télécommunications, les incertitudes de mesure résultent des imperfections techniques. Ils posent des limites beaucoup plus sérieuses à la mesure des signaux que la limite quantique. Cependant, La limite quantique de la mesure des micro-ondes a jusqu'à présent été atteinte avec les circuits supraconducteurs utilisés en informatique quantique. Dans des recherches antérieures connexes, Les groupes Aalto et Jyväskylä l'ont approché de près en combinant des résonateurs micro-ondes avec des nanotambours vibrants.

À la limite quantique et au-delà avec les nanodrums

Les groupes utilisent une nouvelle technique pour piloter leurs nanodrums afin de réaliser une mesure qui va même au-delà de la limite quantique. Pour la particule, cela serait possible en ne mesurant que la position ou la quantité de mouvement, et en rejetant complètement les informations sur l'autre propriété. "Pour une onde lumineuse, accéder à une partie seulement de l'onde et rejeter les informations dans l'autre partie réalise une mesure analogue", explique Caspar Ockeloen-Korppi, qui a fait la mesure à l'aide des nanodrums.

Les groupes de recherche ont breveté le schéma de mesure. Professeur Mika Sillanpää, qui dirigent la recherche, met en évidence les domaines d'application possibles :"Il peut être utilisé pour accéder à de minuscules signaux, par exemple en informatique quantique et peut-être aussi pour mesurer les ondes gravitationnelles."

Outre Ockeloen-Korppi et Sillanpää, l'équipe de recherche était composée de Juha-Matti Pirkkalainen, Erno Damskägg, Tero Heikkilä et Francesco Massel. Le travail a été effectué au Centre d'excellence de l'Académie de Finlande sur les phénomènes et dispositifs quantiques à basse température, et il a également été partiellement financé par le Conseil européen de la recherche.