Une nouvelle méthode développée à l'Université de Bonn simplifie l'ajustement ultra-précis pour les expériences d'optique quantique.

Un faisceau de lumière ne peut être vu que lorsqu'il frappe des particules de matière et est diffusé ou réfléchi par celles-ci. Dans le vide, cependant, c'est invisible. Des physiciens de l'Université de Bonn ont maintenant développé une méthode qui permet de visualiser les faisceaux laser même dans ces conditions. La méthode permet d'effectuer plus facilement l'alignement laser ultra-précis requis pour manipuler des atomes individuels. Les chercheurs ont maintenant présenté leur méthode dans la revue Examen physique appliqué .

Lorsque des atomes individuels interagissent les uns avec les autres, ils présentent souvent un comportement inhabituel en raison de leur comportement quantique. Ces effets peuvent, par exemple, être utilisé pour construire des ordinateurs dits quantiques, qui peut résoudre certains problèmes avec lesquels les ordinateurs conventionnels sont aux prises. Pour de telles expériences, cependant, il est nécessaire de placer les atomes individuels exactement dans la bonne position. "Nous le faisons à l'aide de faisceaux laser qui servent de bandes transporteuses de lumière, pour ainsi dire, " explique le Dr Andrea Alberti, qui a dirigé l'étude à l'Institut de physique appliquée de l'Université de Bonn.

Un tel tapis roulant de lumière contient d'innombrables poches, chacun pouvant contenir un seul atome. Ces poches peuvent être déplacées d'avant en arrière à volonté, permettant à un atome d'être transporté vers un endroit spécifique dans l'espace. Si vous voulez déplacer les atomes dans différentes directions, vous avez généralement besoin de plusieurs de ces bandes transporteuses. Lorsque plusieurs atomes sont transportés au même endroit, ils peuvent interagir les uns avec les autres. Pour que ce processus se déroule dans des conditions contrôlées, toutes les poches de la bande transporteuse doivent avoir la même forme et la même profondeur. « Pour assurer cette homogénéité, les lasers doivent se chevaucher avec une précision micrométrique, " explique Gautam Ramola, l'auteur principal de l'étude.

Un haricot dans un stade de football

Cette tâche est moins triviale qu'il n'y paraît. Pour une chose, cela demande une grande précision. "C'est un peu comme devoir viser un pointeur laser depuis les gradins d'un stade de football pour frapper un haricot qui est sur le point de coup d'envoi, " clarifie Alberti. " Mais ce n'est pas tout, il faut en fait le faire les yeux bandés. " C'est parce que les expériences quantiques se déroulent dans un vide presque parfait, où les faisceaux laser sont invisibles.

Les chercheurs de Bonn ont donc utilisé les atomes eux-mêmes pour mesurer la propagation des faisceaux laser. "Pour faire ça, nous avons d'abord modifié la lumière laser d'une manière caractéristique - nous l'appelons également polarisation elliptique, " explique Alberti. Lorsque les atomes sont illuminés par un faisceau laser ainsi préparé, ils réagissent en changeant leur état d'une manière caractéristique. Ces changements peuvent être mesurés avec une très grande précision.

"Chaque atome agit comme un petit capteur qui enregistre l'intensité du faisceau, " continue Alberti. " En examinant des milliers d'atomes à différents endroits, nous pouvons déterminer l'emplacement du faisceau à quelques millièmes de millimètre près."

De cette façon, les chercheurs ont réussi, par exemple, en ajustant quatre faisceaux laser de manière à ce qu'ils se coupent exactement à la position souhaitée. "Un tel ajustement prendrait normalement plusieurs semaines, et vous n'auriez toujours aucune garantie que l'optimum ait été atteint, " dit Alberti. " Avec notre processus, nous n'avions besoin que d'environ une journée pour le faire."