Lévitation de nano-diamants par laser : Une possible avancée dans le domaine de l'informatique quantique.

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article en anglais

Une expérience récente menée par des chercheurs de l'Université de Rochester a mis en évidence la possibilité de suspendre des nano-diamants dans le vide à l'aide d'un laser et d'en mesurer les longueurs d'ondes qui en sont réémises. Tout comme les scientifiques qui ont il y a peu réussi à immobiliser la lumière durant une minute dans un cristal, ces physiciens pensent que leurs travaux aura de notables applications dans le domaine de l'informatique quantique (quantum computing).

Afin de procéder à leur expérimentation, les chercheurs ont pulvérisé dans une chambre à vide un aérosol contenant des nanodiamants en solution. Ils ont ensuite dirigé un laser à travers cette boite de 25,4 cm de diamètre, pour en attirer les diamants. Piéger des particules à l'aide de lasers ne représente pas une innovation, mais il s'agit de la première fois que la lévitation de nanodiamants (dont la taille est rendue aussi petite qu'un millième du diamètre moyen d'un cheveu humain) a été effectuée par ce biais. Cette technique est connue sous le nom de "piège magnéto-optique" (laser trapping) et offre la possibilité d'amener les particules à prendre leur état quantique fondamental.

Lorsque les minuscules gemmes se sont mises à léviter dans le vide, les scientifiques ont alors utilisé un autre laser pour que le diamant émette à nouveau de la lumière à des fréquences données. Selon les chercheurs, cet effet photoluminescent peut exciter le système et par suite causer les sauts de spin prédits par Bohr, désignant les changements quantifiés du spin de configuration du noyau de l'espèce étudiée.

La photoluminescence, ou "processus par lequel une substance absorbe des photons puis ré-émet des photons" (wikipedia), est dû aux défauts présents au sein du nanodiamant. Quand le système est excité, il change de spin (une sorte de moment angulaire intrinsèque aux particules élémentaires formant la matière), et lorsqu'il revient vers son état fondamental après ce changement, il réémet des photons. Cet effet est la cause du remplacement d'atomes de carbone par des atomes d'azote dans le diamant. Une fois que l'azote est piégé dans la structure atomique du diamant, il devient possible d'exciter le réseau électronique grâce à un laser.

Il serait alors potentiellement réaliste de pouvoir transformer le nanodiamant en un micro-résonateur optomécanique. Selon Nick Vamivakas, un assistant au chaire d'optique de l'Université de Rochester, il s'agit de structures dans lesquelles les vibrations du système peuvent être contrôlées par la lumière. "Nous pouvons désormais nous permettre de considérer de nouveaux systèmes qui pourraient avoir des applications dans le domaine de l'informatique et de l'intelligence quantique", nous rapporte-t-il.

Les résonateurs optomécaniques ont le potentiel d'être utilisés en tant que des détecteurs extrêmement précis, ce qui pourrait amener l'industrie à les utiliser en tant que puces électroniques. Ce concept pourrait également apporter aux scientifiques un aperçu de ce que représente la friction à une échelle nanoscopique, nous donnant donc une meilleure idée de la façon dont les frottements affectent les matériaux à une échelle humaine.

Outre la friction, ces systèmes résonants ont le potentiel de recréer des chats de Schrödinger. "Ce sont, nous révèle Vamivakas, des états quantiques d'objets macroscopiques - non pas des objets microscopiques comme un électron ou un photon, mais des corps aussi gros que des chats." Les effets quantiques étaient alors généralement réservés aux particules microscopiques.

Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée qui présente un chat comme étant à la fois mort et vivant, état soumis aux aléas du hasard. On raconte souvent que ce chat est placé dans une boite qui contient un dispositif dégageant ou non du poison. Jusqu'à ce que la boîte soit ouverte et que le chat soit découvert, ce dernier se trouve ainsi dans un des états quantiques (vivant ou mort) - ou à la fois vivant et mort.

"Les chats de Schrödinger ou tout ce qui s'y apparente contredisent notre expérience quotidienne, puisque nous ne sommes pas témoins de choses se trouvant dans des états quantiques superposés", explique Vamivakas. "La question demeure : Où se trouve donc la frontière entre ce qui peut être considéré comme étant de l'ordre microscopique et ce qui est macroscopique ? En générant les états quantiques d'objets de plus en plus gros, nous pourrions délimiter de plus en plus clairement une telle frontière... si elle existe !". L'équipe de scientifiques a encore besoin de refroidir davantage le cristal, ce qu'ils espèrent pouvoir être possible à l'aide de quelques améliorations techniques.

Bien que certains parties du processus de piégeage de nanodiamants puissent être vues comme étant d'une certaine manière assez rudimentaires - puisqu'elles ne recquièrent que de vaporiser la solution dans le conteneur et espérer piéger un diamant - les chercheurs s'attendent à mener bientôt d'autres expériences.

La compagnie D-Wave prétend avoir d'ores et déjà construit un ordinateur quantique commercialisable, mais certains cercles scientifiques débattent encore sur la véracité de cette information.

Lorsque Gizmag a demandé à Vamivakas son avis sur le temps qui nous sépare des premiers ordinateurs quantiques opérationnels, il expliqua, "Je n'aime pas vraiment essayer d'apporter un pronostic sur ce genre de question. Nous assistons aujourd'hui à une multitude de progrès en tous genres qui tendent à rendre cette technologie possible - Et l'idée d'une simulation quantique s'est formée à la même époque que cella de l'ordinateur quantique !"

Un article publié par les chercheurs en rapport avec la lévitation des nanodiamants a été publié dans les "Optic Letters".

La vidéo ci-dessous nous offe un bref aperçu de l'expérience menée par l'équipe.

Source : Université de Rochester.

PS : Désolé(e) pour la traduction, mais pour faire vite j'ai dû la mener au fil de ma lecture. J'espère qu'elle sera fidèle à la version originale, et je m'excuse d'avance pour les éventuelles fautes.