Les chercheurs ont de grandes idées sur le potentiel de la technologie quantique, des réseaux non piratables aux capteurs sismiques. Mais toutes ces choses dépendent d'une prouesse technologique majeure :pouvoir construire et contrôler des systèmes de particules quantiques, qui sont parmi les plus petits objets de l'univers.

Cet objectif est maintenant un pas de plus avec la publication d'une nouvelle méthode par des scientifiques de l'Université de Chicago. Publié le 28 avril dans La nature , l'article montre comment amener plusieurs molécules à la fois dans un seul état quantique, l'un des objectifs les plus importants de la physique quantique.

"Les gens essaient de faire ça depuis des décennies, donc nous sommes très excités, " a déclaré l'auteur principal Cheng Chin, un professeur de physique à UChicago qui a déclaré qu'il voulait atteindre cet objectif depuis qu'il était étudiant diplômé dans les années 1990. "J'espère que cela pourra ouvrir de nouveaux domaines dans la chimie quantique à N corps. Il existe des preuves qu'il y a beaucoup de découvertes en attente."

L'un des états essentiels de la matière s'appelle un condensat de Bose-Einstein :lorsqu'un groupe de particules refroidies jusqu'au zéro presque absolu partage un état quantique, tout le groupe commence à se comporter comme s'il s'agissait d'un seul atome. C'est un peu comme persuader tout un groupe de marcher au même rythme tout en jouant juste - difficile à réaliser, mais quand ça arrive, un tout nouveau monde de possibilités peut s'ouvrir.

Les scientifiques ont pu le faire avec des atomes depuis quelques décennies, mais ce qu'ils aimeraient vraiment faire, c'est pouvoir le faire avec des molécules. Une telle percée pourrait servir de fondement à de nombreuses formes de technologie quantique.

Mais parce que les molécules sont plus grosses que les atomes et ont beaucoup plus de pièces mobiles, la plupart des tentatives pour les exploiter se sont dissoutes dans le chaos. "Les atomes sont de simples objets sphériques, alors que les molécules peuvent vibrer, tourner, porter de petits aimants, " dit Chin. " Parce que les molécules peuvent faire tellement de choses différentes, ça les rend plus utiles, et en même temps beaucoup plus difficile à contrôler."

Le groupe de Chin voulait profiter de quelques nouvelles capacités du laboratoire qui étaient récemment devenues disponibles. L'année dernière, ils ont commencé à expérimenter en ajoutant deux conditions.

Le premier refroidissait encore plus l'ensemble du système - jusqu'à 10 nanokelvins, un cheveu fendu au-dessus du zéro absolu. Ensuite, ils ont emballé les molécules dans un vide sanitaire afin qu'elles soient épinglées à plat. "Typiquement, les molécules veulent se déplacer dans toutes les directions, et si vous le permettez, ils sont beaucoup moins stables, " a déclaré Chin. "Nous avons confiné les molécules de sorte qu'elles soient sur une surface 2D et ne puissent se déplacer que dans deux directions."

Le résultat était un ensemble de molécules pratiquement identiques—alignées avec exactement la même orientation, la même fréquence vibratoire, dans le même état quantique.

Les scientifiques ont décrit ce condensat moléculaire comme une feuille vierge de nouveau papier à dessin pour l'ingénierie quantique. "C'est le point de départ idéal absolu, " dit Chin. " Par exemple, si vous voulez construire des systèmes quantiques pour contenir des informations, vous avez besoin d'une table rase sur laquelle écrire avant de pouvoir formater et stocker ces informations."

Jusque là, ils ont pu relier jusqu'à quelques milliers de molécules ensemble dans un tel état, et commencent à explorer son potentiel.

"Dans la façon traditionnelle de penser la chimie, vous pensez à quelques atomes et molécules entrant en collision et formant une nouvelle molécule, " dit Chin. " Mais dans le régime quantique, toutes les molécules agissent ensemble, dans le comportement collectif. Cela ouvre une toute nouvelle façon d'explorer comment les molécules peuvent toutes réagir ensemble pour devenir un nouveau type de molécule.

"C'est un de mes objectifs depuis que je suis étudiant, " il ajouta, "donc nous sommes très, très heureux de ce résultat."