Des scientifiques de trois universités britanniques doivent tester l'une des lois fondamentales de la physique dans le cadre d'un projet majeur à l'échelle européenne bénéficiant d'un financement de plus de 3 millions de livres sterling.

Des experts de l'Université de Southampton, L'Université Queen's de Belfast et l'UCL ont formé un consortium avec des universités européennes et la société britannique de technologie photonique M Squared pour tester les limites de l'un des principes fondamentaux de la mécanique quantique - les lois physiques époustouflantes qui permettent aux particules microscopiques telles que les atomes et les électrons d'être à deux endroits à la fois.

Créé au début du 20ème siècle, la théorie quantique est un cadre mathématique qui fournit, à ce jour, la compréhension la plus précise des résultats d'expériences menées sur des systèmes physiques aussi petits que des atomes isolés, de très petites molécules et une lumière très faible.

Le consortium a conçu une expérience ambitieuse pour tester le principe dit de superposition quantique (QSP) - la loi qui permet aux systèmes microscopiques d'apparaître sous deux formes différentes, parfaitement reconnaissable, configurations en même temps.

La validité de QSP au niveau microscopique est acceptée par les scientifiques, et confirmé par une énorme quantité de données. Mais qu'est-ce qui l'empêche de s'appliquer au monde « à grande échelle » qui nous entoure ? En d'autres termes, pourquoi les objets du quotidien comme les voitures, les arbres et les personnes ne se comportent pas de manière quantique et existent à deux endroits à la fois ?

Des théories non prouvées avancées depuis les années 1980 suggèrent l'existence d'un « bruit » universel qui détruit le QSP des objets plus gros, telles que des particules qui peuvent être vues à l'aide d'un microscope optique.

Le consortium 'Projet TEQ', dirigé par l'Université de Trieste, en Italie, testera l'existence de ce bruit grâce à une subvention de 4,4 millions d'euros (3,9 millions de livres sterling) de la Commission européenne.

Son expérience impliquera une minuscule particule de verre, un millième de la largeur d'un cheveu humain, étant en lévitation par un champ électrique dans le vide à une température proche du zéro absolu (-273C). Un laser sera tiré sur la particule, et la diffusion de la lumière du laser mesurée pour les signes de mouvement de la particule.

S'il n'y a pas de mouvement, cela signifie que la mécanique quantique s'applique toujours à cette échelle et qu'il n'y a pas de bruit de fond universel.

Cependant, si un mouvement est détecté, il indique l'existence d'un bruit qui empêche le QSP de s'appliquer à cette échelle. Cela représenterait le premier échec observé de la théorie quantique, fixant une limite à l'échelle à laquelle la mécanique quantique s'applique et ayant des implications pour les applications à grande échelle de tout système physique basé sur les principes quantiques.

Professeur Hendrik Ulbricht, de l'Université de Southampton, a déclaré:"La grande majorité des phénomènes et événements qui se produisent dans notre vie quotidienne peuvent être expliqués par les lois de la physique établies par Isaac Newton, mais le monde microscopique obéit aux règles de la mécanique quantique, qui sont si étranges qu'ils peuvent sembler contre-intuitifs.

"La question de savoir s'il est possible d'observer le comportement quantique dans des objets macroscopiques est la grande question sans réponse en physique quantique. S'il s'avère que nous le pouvons, cela pourrait éventuellement nous ouvrir la voie à l'utilisation des caractéristiques étonnantes de la mécanique quantique dans un ensemble beaucoup plus vaste de systèmes physiques au-delà du monde microscopique. Nous sommes sur le point de nous lancer dans un voyage très excitant."

Professeur Mauro Paternostro, de l'Université Queen's de Belfast, a déclaré:"Notre programme de recherche pourrait prouver que nous n'avons pas à traiter avec des systèmes extrêmement petits pour voir les effets quantiques, qui est actuellement la principale limitation de la technologie quantique.

"Si vous pouvez prouver que la théorie quantique s'étend à des systèmes plus grands, il offrira un moyen beaucoup plus robuste de traiter l'information :toutes les puces et tous les systèmes intégrés dans les ordinateurs pourraient être réduits à une échelle beaucoup plus petite et nous serions capables de gérer le quantum pour des applications quotidiennes.

"Cela signifierait des cadences de traitement des données plus importantes, des mémoires plus grandes et des taux de transmission de données plus élevés sur ces grands réseaux. »

Dr Graeme Malcolm OBE, PDG et co-fondateur de M Squared, a déclaré:"Ce fonds pour TEQ est un excellent exemple du soutien continu de l'UE à la recherche quantique et permet de tester la pensée établie derrière la mécanique quantique à ses limites.

« Si ce travail prouve que les effets quantiques peuvent être observés à plus grande échelle, il élargit les applications commerciales potentielles de la technologie quantique - en particulier, les domaines de la détection et de la métrologie verront d'importantes opportunités commerciales dans les décennies à venir. C'est un honneur de faire partie de l'équipe qui explore le potentiel de la technologie opérant aux limites de la physique.

Si l'expérience prouve que la mécanique quantique peut être appliquée à des systèmes à plus grande échelle, cela pourrait faciliter la création de technologies quantiques à utiliser dans l'espace, avec des satellites utilisés pour transmettre des informations quantiques plutôt que de s'appuyer sur des fibres au sol ou sous la mer."

D'autres applications potentielles incluent le développement d'appareils de mesure ultra-sensibles qui pourraient surpasser les capteurs existants pour mesurer les effets de la gravité.