Cette puce quantique (1x1cm) permet aux chercheurs d'écouter le plus petit signal radio autorisé par la mécanique quantique. Crédit :TU Delft
Des chercheurs de l'Université de technologie de Delft ont créé un circuit quantique pour écouter le signal radio le plus faible autorisé par la mécanique quantique. Ce nouveau circuit quantique ouvre la porte à d'éventuelles applications futures dans des domaines tels que la radioastronomie et la médecine (IRM). Il permet également aux expériences de faire la lumière sur l'interaction entre la mécanique quantique et la gravité. Les résultats ont été publiés dans Science .
La solution habituelle à un signal radio faible est de trouver un signal plus gros, par exemple, en choisissant une autre station de radio ou en passant de l'autre côté de la pièce. Cependant, Et si nous pouvions simplement écouter plus attentivement ?
Les signaux radio faibles ne sont pas seulement un défi pour les personnes qui essaient de trouver leur station de radio préférée, mais aussi pour les scanners d'imagerie par résonance magnétique (IRM) dans les hôpitaux, ainsi que pour les télescopes que les scientifiques utilisent pour scruter l'espace. Dans un bond en avant dans la détection des radiofréquences, des chercheurs du groupe du Pr Gary Steele à Delft ont démontré la détection de photons ou de quanta d'énergie, les signaux les plus faibles permis par la théorie de la mécanique quantique.
Morceaux quantiques
L'une des prédictions étranges de la mécanique quantique est que l'énergie vient en minuscules petits morceaux appelés quanta. Qu'est-ce que ça veut dire? "Dites que je pousse un enfant sur une balançoire, " dit le chercheur principal Mario Gely. " Dans la théorie classique de la physique, si je veux que l'enfant aille un peu plus vite, je peux lui donner un petit coup de pouce, leur donnant plus de vitesse et plus d'énergie. La mécanique quantique dit quelque chose de différent :je ne peux augmenter l'énergie de l'enfant qu'un « pas quantique » à la fois. Pousser de la moitié de ce montant n'est pas possible."
Image au microscope électronique du circuit quantique construit par les chercheurs. La largeur de l'image correspond à seulement un tiers de millimètre. Crédit :TU Delft
Pour un enfant sur une balançoire, ces étapes quantiques sont si petites qu'elles sont trop petites pour être remarquées. Jusque récemment, il en était de même pour les ondes radio. Cependant, l'équipe de recherche de Delft a développé un circuit capable de détecter ces morceaux d'énergie dans les signaux radiofréquences, ouvrant le potentiel de détection des ondes radio au niveau quantique.
De la radio quantique à la gravité quantique ?
Au-delà des applications en détection quantique, le groupe de Delft souhaite faire passer la mécanique quantique au niveau supérieur :la masse. Alors que la théorie de l'électromagnétisme quantique a été développée il y a près de 100 ans, les physiciens sont encore aujourd'hui perplexes sur la façon d'intégrer la gravité dans la mécanique quantique.
Cette puce quantique (1x1cm) permet aux chercheurs d'écouter le plus petit signal radio autorisé par la mécanique quantique. Crédit :TU Delft
"En utilisant notre radio quantique, nous voulons essayer d'écouter et de contrôler les vibrations quantiques des objets lourds, et explorez expérimentalement ce qui se passe lorsque vous mélangez la mécanique quantique et la gravité, " dit Gely. " De telles expériences sont difficiles, mais en cas de succès, nous serions en mesure de tester si nous pouvons faire une superposition quantique de l'espace-temps lui-même, un nouveau concept qui testerait notre compréhension à la fois de la mécanique quantique et de la relativité générale."
