L'intrication quantique est le phénomène de base qui sous-tend le fonctionnement d'une variété de systèmes quantiques, y compris la communication quantique, outils de détection quantique et d'informatique quantique. Ce phénomène résulte d'une interaction (c'est-à-dire enchevêtrement) entre les particules. Atteindre l'intrication entre des objets distants et très différents, cependant, s'est jusqu'à présent avéré très difficile.

Des chercheurs de l'Université de Copenhague ont récemment généré un enchevêtrement entre un oscillateur mécanique et un oscillateur de spin atomique collectif. Leur travail, décrit dans un article publié dans Physique de la nature , introduit une stratégie de génération d'intrication entre ces deux systèmes distincts.

« Il y a une dizaine d'années, nous avons proposé un moyen de générer l'intrication entre un oscillateur mécanique et un oscillateur de spin via des photons, en utilisant le principe qui a été appelé plus tard « sous-espaces libres de mécanique quantique » ou « trajectoires sans incertitudes quantiques, '", a déclaré Eugene S. Polzik, qui a dirigé le groupe qui a mené l'étude. "Dans notre nouveau journal, nous rapportons la mise en œuvre expérimentale de ces propositions."

Pour générer un enchevêtrement entre un système mécanique et un système de rotation, Polzik et ses collègues ont tiré parti d'une caractéristique clé des oscillateurs de spin, à savoir qu'ils peuvent avoir une masse négative effective. Quand il est excité, l'énergie d'un oscillateur de spin est réduite, ce qui lui permet de s'emmêler avec un oscillateur mécanique plus conventionnel qui a une masse positive. Les chercheurs ont généré expérimentalement cet enchevêtrement en effectuant une mesure conjointe sur les deux oscillateurs.

"L'enchevêtrement entre les systèmes mécaniques et de rotation est généré en envoyant de la lumière à travers les deux systèmes, un oscillateur mécanique à masse positive et un oscillateur à spin avec une masse négative effective, " a déclaré Polzik. " Effectuer une mesure sur la lumière transmise projette les deux systèmes dans un état intriqué. Des mesures répétées ultérieures vérifient l'intrication en montrant que les fluctuations quantiques des deux systèmes sont fortement corrélées."

L'expérience menée par Polzik et ses collègues montre que le mouvement mécanique peut, du moins en principe, être mesuré avec une précision arbitraire en identifiant et en appliquant un cadre de référence approprié. Ces mesures surmontent la soi-disant «limite quantique standard de mesure» qui dérive du principe d'incertitude de Heisenberg, qui est applicable aux mesures dans une norme, référentiel classique.

"L'essence du principe d'incertitude est l'équilibre entre l'imprécision de la mesure et la perturbation causée par la mesure, l'action de retour quantique, " a déclaré Polzik. " Avec une mesure dans le référentiel de masse négatif, les perturbations de retour imposées à l'objet et au référentiel de référence interfèrent de manière distractive et s'annulent, conduisant ainsi à une précision de mesure potentiellement illimitée."

Cette équipe de chercheurs a été la première à démontrer expérimentalement l'intrication entre un système mécanique et un système de spin. À l'avenir, leurs travaux pourraient contribuer au développement de nouvelles technologies et protocoles quantiques basés sur l'intrication entre différents types d'oscillateurs. Dans leurs prochaines études, Polzik et ses collègues prévoient d'évaluer l'efficacité de leur approche pour effectuer la téléportation quantique et de développer d'autres outils de communication quantique.

« Avec l'observation récente de l'action de retour quantique par les équipes de détecteurs d'ondes gravitationnelles LIGO et VIRGO, les moyens de surmonter les limites de l'action de retour quantique deviennent particulièrement pertinents pour ces instruments extrêmement difficiles, " Polzik a déclaré. "Nous construisons une expérience où nous avons l'intention de démontrer l'applicabilité potentielle de notre approche à l'amélioration de la sensibilité des détecteurs d'ondes gravitationnelles."

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