Une équipe dirigée par le physicien expérimental autrichien Rainer Blatt a réussi à caractériser l'intrication quantique de deux atomes spatialement séparés en observant leur émission lumineuse. Cette démonstration fondamentale pourrait conduire au développement de gradiomètres optiques très sensibles pour la mesure précise du champ gravitationnel ou du champ magnétique terrestre.

L'ère de la technologie quantique est annoncée depuis longtemps. Des décennies de recherche sur le monde quantique ont conduit au développement de méthodes qui permettent aujourd'hui d'exploiter les propriétés quantiques spécifiquement pour des applications techniques. L'équipe dirigée par Rainer Blatt, pionnier de l'informatique quantique à Innsbruck, contrôle très précisément des atomes individuels dans des expériences avec des pièges à ions. L'enchevêtrement délibéré de ces particules quantiques ouvre non seulement la possibilité de construire un ordinateur quantique, mais crée également la base pour la mesure des propriétés physiques avec une précision jusqu'alors inconnue. Les physiciens ont maintenant réussi pour la première fois à démontrer l'interférence quantique en espace libre entièrement contrôlée de photons uniques émis par une paire d'atomes intriqués efficacement séparés.

"Aujourd'hui, nous pouvons contrôler très précisément la position et l'enchevêtrement des particules et générer des photons uniques au besoin, " explique Gabriel Araneda de l'équipe de Rainer Blatt du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck. " Ensemble, cela nous permet d'étudier les effets de l'intrication dans l'interaction collective atome-lumière. » Les physiciens de l'Université d'Innsbruck ont ​​comparé l'interférence photonique produite par les atomes de baryum intriqués et non intriqués. Les mesures ont montré qu'elles sont qualitativement différentes. En fait , la différence mesurée des franges d'interférence correspond directement à la quantité d'intrication dans les atomes. "De cette façon, nous pouvons caractériser l'intrication entièrement optiquement, " Gabriel Araneda souligne l'importance de l'expérience. Les physiciens ont également pu démontrer que le signal d'interférence est très sensible aux facteurs environnementaux à l'emplacement des atomes. " Nous profitons de cette sensibilité et utilisons le signal d'interférence observé pour mesurer gradients de champ, " explique Araneda. Cette technique peut conduire au développement de gradiomètres optiques ultra-sensibles. Comme l'effet mesuré ne repose pas sur la proximité des atomes, ces mesures pourraient permettre de comparer avec précision les intensités de champ à des emplacements séparés, comme celui des champs magnétiques ou gravitationnels de la Terre.

Le travail a été publié dans la revue Lettres d'examen physique et a été soutenu financièrement par le Fonds autrichien pour la science FWF, l'Union européenne et la Fédération des industries autrichiennes du Tyrol, entre autres.