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    Ondes de matière hypersoniques pour l'atomtronique ultrarapide

    Crédit:Cretan Matter Waves Group

    L'atomtronique manipule les atomes de la même manière que l'électronique manipule les électrons. Il porte la promesse de dispositifs quantiques très compacts qui peuvent mesurer des forces incroyablement petites ou de minuscules rotations. De tels dispositifs pourraient un jour être utilisés pour surveiller l'état de la Terre en détectant les niveaux d'eau dans le désert ou dans la recherche de minéraux et de pétrole. Ils seront également utilisés en navigation, lorsque le GPS tombe en panne sur les avions ou les navires en raison d'attaques malveillantes ou simplement parce qu'il n'est pas disponible, par exemple. dans les mers profondes. Ils pourraient également un jour servir de simulateurs quantiques portables résolvant des tâches de calcul complexes.

    L'atomtronique cohérente manipule les atomes sous forme d'ondes de matière provenant de condensats de Bose-Einstein (un état de la matière dans lequel tous les atomes perdent leur identité individuelle et deviennent un seul état quantique, tous les atomes étant partout dans le condensat en même temps). Les atomes de ces ondes de matière se comportent beaucoup plus comme des ondes que comme des particules individuelles. Ces ondes de matière peuvent être amenées à interférer et donc amenées à répondre aux plus petits changements de leur environnement tels que la différence d'attraction gravitationnelle entre la matière organique légère et le minerai de fer lourd. Comparé à la lumière, les atomes peuvent être 10 milliards de fois plus sensibles, par exemple. à la rotation ou à l'accélération, par rapport aux photons qui composent la lumière. Cette sensibilité dépend du temps de mesure et, tout comme la pomme de Newton, les atomes tombent sous l'effet de la gravité terrestre. Cela oblige les interféromètres les plus sensibles à être très hauts, atteignant 10 mètres et dans certains cas même 100 mètres. La solution possible serait de guider les atomes dans des guides d'ondes de matière, un peu comme les fibres optiques guident la lumière. Malheureusement, le fait qu'ils soient si sensibles à l'accélération les rend extrêmement sensibles aux défauts éventuels des guides d'ondes de matière. C'est pourquoi jusqu'à récemment, cependant, il n'y avait pas de guides d'ondes appropriés pour les atomes. La raison étant que les ondes de matière sont extrêmement sensibles à la douceur.

    Une équipe internationale de scientifiques en Crète (Grèce) dirigée par Wolf von Klitzing a fait un pas vers la petite, dispositifs atomiques supersensibles en démontrant la première accélération cohérente et le transport d'ondes de matière dans des guides d'ondes atomiques. La percée des scientifiques de l'IESL-FORTH est qu'ils ont utilisé une combinaison de champs magnétiques à différentes fréquences pour produire des potentiels adiabatiques moyens dans le temps (TAAP). Afin de prouver que ces guides d'ondes de matière sont parfaitement lisses, ils ont construit un anneau accélérateur de taille mm pour les ondes de matière neutres, un peu comme l'accélérateur de particules chargées du CERN de la taille d'un kilomètre. Les ondes de matière ont atteint des vitesses hypersoniques dépassant Mach 16 (un mach =vitesse du son) et ont guidé les ondes de matière sur plus de 40 cm, soit une amélioration de plus d'un facteur 1000 par rapport au record précédent.

    Photo d'un BEC dans un guide d'ondes de matière en forme d'anneau. Crédit:Cretan Matter Waves Group

    Les défis techniques pour préparer les technologies quantiques pour des applications « du monde réel » sont encore énormes. Les guides d'ondes TAAP du La nature document présente un pas important dans cette direction. L'équipe Crétoise des ondes de matière utilisera ce mini anneau accélérateur de type CERN pour étudier des questions de physique fondamentale telles que les propriétés superfluides des condensats de Bose Einstein et les collisions atomiques. Dans le futur proche, ils prévoient de construire un gyroscope atomique de taille mm et un capteur de gravité basé sur l'anneau.

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