Les pièges nanooptiques sont un élément de construction prometteur pour les technologies quantiques. Les scientifiques autrichiens et allemands ont désormais levé un obstacle important à leur utilisation pratique. Ils ont pu montrer qu'une forme spéciale de vibration mécanique chauffe les particules piégées en très peu de temps et les fait sortir du piège.

En contrôlant les atomes individuels, les propriétés quantiques peuvent être étudiées et rendues utilisables pour des applications technologiques. Depuis une dizaine d'années, les physiciens ont travaillé sur une technologie capable de capturer et de contrôler les atomes :les pièges nano-optiques.

La technique de capture d'objets microscopiques avec la lumière connue des pincettes optiques est appliquée aux guides d'ondes optiques, dans ce cas une fibre de verre spéciale. La fibre de verre peut n'avoir que quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, c'est-à-dire environ 100 fois plus fin qu'un cheveu humain. La lumière laser de différentes fréquences est envoyée dans la fibre de verre, créant un champ lumineux autour du guide d'ondes qui peut contenir des atomes individuels.

Jusqu'à maintenant, cependant, l'applicabilité de cette technologie a été limitée par le fait que les atomes sont devenus très chauds en très peu de temps et sont perdus. La vitesse de chauffage était de trois ordres de grandeur plus élevée qu'avec des pincettes optiques, où le champ lumineux est généré dans l'espace libre. Malgré une recherche intensive, il n'avait pas été possible auparavant d'en déterminer la cause.

Maintenant, Daniel Hümmer et Oriol Romero-Isart de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences et le Département de physique théorique de l'Université d'Innsbruck en coopération avec Philipp Schneeweiss et Arno Rauschenbeutel de l'Université Humboldt de Berlin ont soigneusement analysé le système. Avec leur modèle théorique, ils ont pu montrer qu'une certaine forme de vibration mécanique de la fibre de verre est responsable du fort échauffement des particules.

Ceci est rapporté par les physiciens dans le journal Examen physique X ("Chauffage dans des pièges nanophotoniques pour atomes froids").

Vibrations mécaniques

"Ce sont les vibrations qui surviennent lorsque vous laissez les ondes voyager le long d'une corde, " explique Daniel Hümmer. " Les particules, qui flottent à seulement 200 nanomètres environ au-dessus de la surface du guide d'ondes, chauffent très rapidement à cause de ces vibrations."

La vitesse de chauffe qui a maintenant été déterminée théoriquement concorde très bien avec les résultats expérimentaux. Ce constat a des conséquences importantes pour les applications :d'une part, la technologie peut être considérablement améliorée avec des contre-mesures simples. Des temps de cohérence plus longs permettent alors des expériences et des applications plus complexes. D'autre part, les physiciens soupçonnent que leurs découvertes pourraient également être utiles pour de nombreux pièges nanophotoniques similaires. Le modèle théorique qu'ils viennent de publier fournit des lignes directrices essentielles pour la conception de tels pièges atomiques.

"Lors de la fabrication de ces pièges, non seulement les propriétés optiques doivent être prises en compte, mais aussi les propriétés mécaniques, " souligne Oriol Romero-Isart. "Nos calculs ici donnent des indications importantes quant aux effets mécaniques les plus pertinents."

Étant donné que la force de l'interaction entre les atomes individuels et les photons est particulièrement élevée dans les pièges nano-optiques - un problème avec lequel de nombreux autres concepts luttent - cette technologie ouvre la porte à un nouveau domaine de la physique. De nombreuses considérations théoriques ont déjà été faites ces dernières années. Les physiciens d'Autriche et d'Allemagne ont maintenant levé un obstacle majeur sur la route.