Une équipe de scientifiques, dirigé par l'Université de Bristol, ont découvert une nouvelle méthode qui pourrait être utilisée pour construire des capteurs quantiques avec une très haute précision.

Lorsque des atomes individuels émettent de la lumière, ils le font en paquets discrets appelés photons.

Lorsque cette lumière est mesurée, cette nature discrète ou "granulaire" conduit à des fluctuations particulièrement faibles de sa luminosité, car deux photons ou plus ne sont jamais émis en même temps.

Cette propriété est particulièrement utile dans le développement de futures technologies quantiques, où de faibles fluctuations sont essentielles, et a conduit à un regain d'intérêt pour les systèmes d'ingénierie qui agissent comme des atomes lorsqu'ils émettent de la lumière, mais dont les propriétés sont plus facilement adaptées.

Ces « atomes artificiels » comme on les appelle, sont généralement fabriqués à partir de matériaux solides, et sont en fait des objets beaucoup plus gros, dans laquelle la présence de vibrations est inévitable, et généralement considéré comme préjudiciable.

Cependant, une équipe collaborative, dirigé par l'Université de Bristol, a maintenant établi que ces vibrations naturelles dans les atomes artificiels peuvent, de manière surprenante, conduire à une suppression encore plus grande des fluctuations de luminosité que celle présente dans les systèmes atomiques naturels.

Les auteurs, qui comprennent des universitaires des universités de Sheffield et de Manchester, montrent que ces faibles fluctuations pourraient être utilisées pour construire des capteurs quantiques intrinsèquement plus précis que ceux possibles sans vibrations.

Leurs conclusions sont publiées aujourd'hui dans la revue Communication Nature .

Dr Dara McCutcheon, chercheur principal de la recherche et conférencier en génie quantique de l'École de physique de l'Université de Bristol a déclaré :« Les implications de cette recherche sont d'une grande portée.

"Habituellement, on pense toujours que les vibrations présentes dans ces atomes artificiels relativement gros sont préjudiciables à la lumière qu'ils émettent, comme typiquement les vibrations bousculent les niveaux d'énergie, avec les fluctuations résultantes imprimées sur les photons émis.

"Qu'est-ce qui se passe ici cependant, est qu'à basse température, l'environnement vibratoire agit pour refroidir le système - dans un sens geler les niveaux d'énergie, et à son tour en supprimant les fluctuations sur les photons émis."

Ce travail pointe vers une nouvelle vision de ces atomes artificiels, dans lequel leur nature à l'état solide est en fait utilisée à bon escient pour produire de la lumière qui ne pourrait pas être produite à l'aide de systèmes atomiques naturels.

Il ouvre également la porte à un nouvel ensemble d'applications qui utilisent des atomes artificiels pour la détection quantique améliorée, allant de la magnétométrie à petite échelle qui pourrait être utilisée pour mesurer des signaux dans le cerveau, jusqu'à la détection d'ondes gravitationnelles à grande échelle révélant des processus cosmiques au centre des galaxies.