Des scientifiques du Centre de recherche pour les sciences et technologies avancées (RCAST) de l'Université de Tokyo ont démontré une méthode pour coupler une sphère magnétique avec un capteur via l'étrange pouvoir de l'intrication quantique. Ils ont montré que l'existence d'une seule excitation magnétique dans la sphère pouvait être détectée avec une mesure unique. Ce travail représente une avancée majeure vers des systèmes quantiques capables d'interagir avec des matériaux magnétiques.

Imaginez avoir un capteur assez puissant pour vous dire, en un seul coup, si une botte de foin à proximité contenait une aiguille ou non. Un tel dispositif peut sembler n'exister que dans la science-fiction, mais, en utilisant l'un des effets les plus contre-intuitifs de la mécanique quantique, ce niveau de sensibilité peut devenir réalité. Enchevêtrement, l'étrange processus au cœur de la mécanique quantique qui permet aux particules liées d'interagir instantanément sur de longues distances, était autrefois appelé « action effrayante à distance » par Albert Einstein.

Des expériences ont confirmé que la mécanique quantique permet des situations dans lesquelles les parties d'un système ne peuvent plus être décrites séparément, mais plutôt s'empêtrer fondamentalement, de telle sorte que la mesure de l'un détermine automatiquement le sort de l'autre. Par exemple, deux électrons peuvent s'emmêler de sorte qu'ils pointent tous les deux vers le haut ou vers le bas, de sorte que la mesure de l'un affecte instantanément l'état de l'autre. "L'intrication fait partie des manuels de mécanique quantique depuis des décennies, " dit le premier auteur Dr Dany Lachance-Quirion, "mais les applications pour produire des détecteurs très sensibles avec lui commencent seulement maintenant à être réalisées."

Dans les expériences menées au RCAST, une sphère millimétrique de grenat de fer yttrium a été placée dans la même cavité résonante qu'un qubit supraconducteur à jonction Josephson, qui servait de capteur. En raison du couplage de la sphère à la cavité résonante, et, à son tour, entre la cavité et le qubit, le qubit ne pouvait être excité par une impulsion électromagnétique que si aucune excitation magnétique n'était présente dans la sphère. La lecture de l'état du qubit révèle alors l'état de la sphère.

"En utilisant la détection unique au lieu de la moyenne, nous avons pu rendre notre appareil à la fois très sensible et très rapide, " explique le professeur Yasunobu Nakamura. " Cette recherche pourrait ouvrir la voie à des capteurs suffisamment puissants pour aider à la recherche de particules théoriques de matière noire appelées axions. "

L'ouvrage est publié dans la revue Science comme « détection d'un seul coup basée sur l'intrication d'un seul magnon avec un qubit supraconducteur ».