Des chercheurs de l'Université Griffith ont démontré une procédure pour effectuer des mesures précises de la vitesse, accélération, propriétés des matériaux et même des ondes de gravité possibles, se rapprochant de la sensibilité ultime permise par les lois de la physique quantique.

Publié dans Communication Nature , le travail a vu l'équipe Griffith, dirigé par le professeur Geoff Pryde, travailler avec des photons (particules lumineuses isolées) et les utiliser pour mesurer la distance supplémentaire parcourue par le faisceau lumineux, par rapport à sa poutre partenaire de référence, pendant qu'il traversait l'échantillon mesuré - un cristal mince.

Les chercheurs ont combiné trois techniques :l'intrication (une sorte de connexion quantique qui peut exister entre les photons), faire aller et venir les faisceaux le long du trajet de mesure, et une technique de détection spécialement conçue.

"Chaque fois qu'un photon traverse l'échantillon, il fait une sorte de mini-mesure. La mesure totale est la combinaison de toutes ces mini-mesures, " a déclaré le Dr Sergei Slussarenko de Griffith, qui a supervisé l'expérience. "Plus les photons passent à travers, plus la mesure devient précise.

"Notre schéma servira de modèle pour des outils capables de mesurer des paramètres physiques avec une précision littéralement impossible à atteindre avec les appareils de mesure courants.

L'auteur principal de l'article, le Dr Shakib Daryanoosh, a déclaré que cette méthode peut être utilisée pour étudier et mesurer d'autres systèmes quantiques.

"Ceux-ci peuvent être très fragiles, et chaque photon de sonde que nous lui envoyons le dérangerait. Dans ce cas, utiliser peu de photons mais de la manière la plus efficace possible est essentiel et notre schéma montre comment faire exactement cela, " il a dit.

Alors qu'une stratégie consiste à utiliser autant de photons que possible, ce n'est pas suffisant pour atteindre la performance ultime. Pour ça, il faut aussi extraire le maximum d'informations de mesure par passage de photon, et c'est ce que l'expérience de Griffith a réalisé, se rapprochant beaucoup plus de la soi-disant limite de précision de Heisenberg que n'importe quelle expérience comparable.

L'erreur restante est due à une imperfection expérimentale, comme le schéma conçu par le Dr Daryanoosh et le professeur Howard Wiseman, est capable d'atteindre la limite exacte de Heisenberg, en théorie.

"Ce qui est vraiment bien avec cette technique, c'est qu'elle fonctionne même lorsque vous n'avez pas une bonne idée de départ pour la mesure, " a déclaré le professeur Wiseman. " Les travaux précédents se sont principalement concentrés sur le cas où il est possible de faire une très bonne approximation de départ, mais ce n'est pas toujours possible."

Quelques étapes supplémentaires sont nécessaires avant que cette démonstration de preuve de principe puisse être exploitée en dehors du laboratoire.

Produire des photons intriqués n'est pas simple avec la technologie actuelle, et cela signifie qu'il est encore beaucoup plus facile d'utiliser de nombreux photons de manière inefficace, plutôt que chaque ensemble de photons intriqués de la meilleure façon possible.

Cependant, selon l'équipe, les idées qui sous-tendent cette approche peuvent trouver des applications immédiates dans les algorithmes d'informatique quantique et la recherche en sciences fondamentales.

Le schéma peut finalement être étendu à un plus grand nombre de photons intriqués, où la différence de la limite de Heisenberg sur la limite habituellement réalisable est plus significative.