Densités de particules liées à la désintégration du nœud quantique (à gauche), qui a surpris les chercheurs en se détachant après quelques microsecondes et en se transformant finalement en vortex de spin (à droite). Crédit :Tuomas Ollikainen/Université Aalto
Un gaz quantique peut être lié en nœuds à l'aide de champs magnétiques. Nos chercheurs ont été les premiers à produire ces nœuds dans le cadre d'une collaboration entre l'Université Aalto et l'Amherst College, NOUS., et ils ont maintenant étudié comment les nœuds se comportent au fil du temps. Le résultat surprenant est que les nœuds se dénouent en peu de temps, avant de se transformer en tourbillon.
La recherche a été principalement menée par Tuomas Ollikainen, un doctorat étudiant à l'université Aalto qui partageait son temps entre la réalisation de travaux expérimentaux à Amherst dans le Massachusetts, et analyser les données et développer ses théories chez Aalto.
"Nous n'avions pas été en mesure d'étudier expérimentalement la dynamique de ce type de structures tridimensionnelles auparavant, c'est donc le premier pas dans cette direction." dit Ollikainen. "Le fait que le nœud se désintègre est surprenant, puisque les structures topologiques comme les nœuds quantiques sont généralement exceptionnellement stables. C'est également passionnant pour le domaine car notre observation selon laquelle un défaut quantique tridimensionnel se désintègre en un défaut unidimensionnel n'a jamais été vue auparavant dans ces systèmes de gaz quantiques.
Contrôler les gaz quantiques
Les chercheurs espèrent que leur nouvelle étude ouvrira de nouvelles voies dans la recherche expérimentale. L'une des avancées majeures de l'étude a été de pouvoir mieux contrôler l'état du gaz quantique, qui leur a permis de détecter des changements dans sa structure, comme la décomposition des nœuds et la formation du vortex.
L'installation expérimentale à Amherst College où les gaz quantiques sont fabriqués. Crédit :David Hall/Amherst College
"Bien sûr, on peut simuler ces choses, mais faire des nœuds quantiques n'est pas si facile. En étant capable de mieux contrôler l'environnement, nous pouvons explorer différents effets et mieux comprendre ces systèmes quantiques passionnants." dit Ollikainen.
"Quand nous avons noué des nœuds quantiques en 2016, c'était la première réalisation de structures topologiques sinueuses en trois dimensions. C'était comme respirer l'air d'une autre planète pour la première fois. Incroyable." déclare le professeur Mikko Möttönen, responsable du groupe Quantum Computing and Devices où travaille Ollikainen.
"Je sais que de nombreux chercheurs ont prêté attention à notre travail et se sont inspirés pour l'essayer dans des types de systèmes complètement différents. Ce serait formidable de voir cette technologie être utilisée un jour dans une application pratique, ce qui peut bien arriver. Nos derniers résultats montrent que si les nœuds quantiques dans les gaz atomiques sont passionnants, vous devez être rapide à les utiliser avant qu'ils ne se dénouent. Ainsi les premières applications sont susceptibles d'être trouvées dans d'autres systèmes, " dit Möttönen.
