Un aspect exclusivement contre-intuitif de la mécanique quantique est le fait qu’un seul événement peut exister dans un état de superposition – se produisant ici et là , ou les deux aujourd’hui et demain

Il est difficile de créer de telles superpositions car elles sont détruites si un type quelconque d’informations relatives à l’heure et au lieu de l’événement fuit dans l’environnement – et même si personne n’enregistre réellement ces informations Cependant, lorsque des superpositions se produisent, elles aboutissent à des observations très distinctes de celle de la physique classique, qui remet en question la compréhension même du temps et de l’espace.

Des chercheurs de l’EPFL, du MIT et du CEA Saclay démontrent un état de vibration qui se produit à deux moments différents simultanément Ils ont prouvé cette superposition quantique en quantifiant la plus forte famille de corrélations quantiques entre les faisceaux lumineux qui ont tendance à interagir avec la vibration. Les résultats ont été publiés dans Science Advances

L’équipe a déclenché un modèle particulier de vibration dans un cristal de diamant en utilisant une impulsion laser très courte Chaque paire d’atomes voisins a oscillé de la même manière que deux masses reliées par un ressort, où l’oscillation s’est avérée synchrone sur toute la région éclairée L’énergie est conservée au cours de ce processus par l’émission de lumière d’une nouvelle couleur et en se déplaçant vers l’extrémité rouge du spectre

Mais cette image classique n’est pas cohérente avec les expériences Au contraire, les vibrations et la lumière doivent être caractérisées comme des particules, ou quanta – l’énergie lumineuse est quantifiée en photons discrets, tandis que l’énergie vibrationnelle est quantifiée en phonons discrets (qui sont nommés d’après le grec ancien ‘photo = lumière’ et ‘phono = son’ )

Le processus illustré ci-dessus doit donc être considéré comme la fission d’un photon entrant du laser en une paire de photon et de phonon – similaire à la fission nucléaire d’un atome en deux morceaux plus petits

Cependant, ce n’est pas le seul défaut de la physique classique Selon la mécanique quantique, il est possible que des particules se produisent dans un état de superposition, comme le célèbre chat Schrödinger qui est vivant et mort simultanément

Beaucoup plus contre-intuitif est le fait que deux particules peuvent être enchevêtrées, perdant ainsi leur individualité La seule information qui peut être recueillie à leur sujet est liée à leurs corrélations communes

Puisque les deux particules sont caractérisées par un état commun ou la fonction d’onde, ces corrélations sont plus robustes que ce qui est viable en physique classique Ceci peut être démontré en effectuant des mesures appropriées sur les deux particules Dans le cas où une limite classique est violée par les résultats, on peut dire qu’ils étaient intriqués

Dans le cadre de la nouvelle étude, des chercheurs de l’EPFL ont pu enchevêtrer le photon et le phonon (ie lumière et vibration) générées lors de la fission d’un photon laser entrant dans le cristal

Ils y sont parvenus en concevant une expérience où la paire photon-phonon pourrait être produite à deux instants différents Selon la physique classique, cela conduirait à une condition où la paire est produite au temps t1 avec une probabilité de 50%, ou plus tard au temps t2 avec une probabilité de 50%

Cependant, voici le «truc» joué par l’équipe pour produire un état intriqué Ils ont effectué un arrangement précis de l’expérience pour s’assurer que même la plus faible trace du temps de création de la paire lumière-vibration (t1 vs t2) n’a pas été laissée de côté dans l’univers.

En termes simples, les informations relatives à t1 et t2 ont été effacées Ensuite, la mécanique quantique prédit si la paire phonon-photon devient intriquée et se produit dans une superposition de temps t1 et t2 La prédiction a été validée par les mesures, qui ont produit des résultats incompatibles avec la théorie probabiliste classique

La nouvelle étude démontre l’intrication entre les vibrations et la lumière dans un cristal qui peut être tenu dans le doigt d’une personne pendant l’expérience, formant ainsi un pont entre l’expérience quotidienne et le monde enchanteur de la mécanique quantique

«Les technologies quantiques sont annoncées comme la prochaine révolution technologique en informatique, communication, détection», a déclaré Christophe Galland, l’un des principaux auteurs de l’étude, qui est à la tête du Laboratoire de quantique et de nano-optique à l’EPFL

Ils sont actuellement développés par les meilleures universités et grandes entreprises du monde entier, mais le défi est de taille Ces technologies reposent sur des effets quantiques très fragiles qui ne survivent qu’à des températures extrêmement froides ou sous un vide poussé Notre étude démontre que même un matériau commun aux conditions ambiantes peut maintenir les délicates propriétés quantiques requises pour les technologies quantiques

«Il y a un prix à payer, cependant: les corrélations quantiques entretenues par les vibrations atomiques dans le cristal sont perdues après seulement 4 picosecondes — ie, 0000000000004 de seconde! Cette courte échelle de temps est cependant aussi une opportunité pour développer des technologies quantiques ultra-rapides Mais beaucoup de recherches nous attendent pour transformer notre expérience en un appareil utile – un travail pour les futurs ingénieurs quantiques », a ajouté Galland

1 Un laser génère une très courte impulsion de lumière 2 Une fraction de cette impulsion est envoyée à un appareil non linéaire pour changer sa couleur 3 Les deux impulsions laser se chevauchent à nouveau sur le même chemin, créant une paire d’impulsions «write & read» 4 Chaque paire est divisée en un court et un long chemin, 5 donnant un créneau horaire «tôt» et «tardif», se chevauchant à nouveau 6 À l’intérieur du diamant, pendant la tranche de temps «précoce», un photon de l’impulsion «d’écriture» peut générer une vibration, tandis qu’un photon de l’impulsion de «lecture» convertit la vibration en lumière sept La même séquence peut également se produire pendant le créneau «tardif» Mais dans cette expérience, les scientifiques se sont assurés qu’une seule vibration était excitée au total (dans les tranches de temps précoces et tardives) 8 En superposant à nouveau les photons dans le temps, il devient impossible de distinguer les premiers vs moment tardif de la vibration La vibration est maintenant dans une superposition quantique de temps précoce et tardif 9 Dans l’appareil de détection, les photons «d’écriture» et «de lecture» sont séparés selon leurs différentes couleurs, et analysés avec des compteurs à photon unique pour révéler leur enchevêtrement Crédit vidéo: Santiago Tarrago Velez (EPFL)

Velez, S T, et al (2020) Corrélations de Bell entre la lumière et les vibrations dans des conditions ambiantes Progrès scientifiques est ce que jeorg / 101126 / sciadvabb0260

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Mécanique quantique, atome, superposition quantique, état quantique

News – FR – Superposition quantique mise en évidence par la mesure de l’interaction de la lumière avec les vibrations
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Superposition quantique mise en évidence par la mesure de l’interaction de la lumière avec Vibration
Quand la lumière et les atomes partagent une ambiance commune – ScienceDaily
Quand la lumière et les atomes partagent une ambiance commune

Source: https://www.azoquantum.com/News.aspx?newsID=7657

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