TRADUCTION DU SOIR :''Un interféromètre à ondes de matière intriquée. Maintenant avec le double d'effroi (au bsens d'Einstein)
par Kenna Hughes-Castleberry, Institut national des normes et de la technologie
PHOTO:Une représentzion
des atomes intriqués dans l'interféromètre. Crédit : Steven Burrows, Groupe Thompson/JILA
L'équipe de chercheurs du JILA et du boursier NIST James K. Thompson a pour la première fois réussi à combiner deux des caractéristiques les plus "effrayantes" de la mécanique quantique pour créer un meilleur capteur quantique : l'enchevêtrement entre les atomes et la délocalisation des atomes.
Einstein a initialement qualifié l'intrication quantique
de création d'action effrayante à distance - l'effet étrange de la mécanique quantique dans lequel ce qui arrive à un atome influence d'une manière ou d'une autre un autre atome ailleurs. L'intrication est ctuellement du moins
au cœur des ordinateurs quantiques, des simulateurs quantiques et des capteurs quantiques tant attendus.
Un deuxième aspect plutôt effrayant de la mécanique quantique est la délocalisation, le fait qu'un seul atome puisse
se trouver à plusieurs endroits en même temps. Comme décrit dans leur article récemment publié dans Nature, le groupe Thompson a combiné le caractère effrayant de l'intrication et de la délocalisation pour réaliser un interféromètre à ondes de matière capable de détecter les accélérations avec une précision qui dépasse la limite quantique standard (une limite sur la précision d'un mesure expérimentale à un niveau quantique) pour la première fois.
En doublant le caractère effrayant, les futurs capteurs quantiques seront en mesure de fournir une navigation plus précise, d'explorer les ressources naturelles nécessaires, de déterminer plus précisément les constantes fondamentales telles que la structure fine et les constantes gravitationnelles, de rechercher plus précisément la matière noire, ou peut-être même une jour détecter les ondes gravitationnelles.
Générer l'enchevêtrement
Pour emmêler deux objets, il faut généralement les rapprocher très, très près l'un de l'autre afin qu'ils puissent interagir. Le groupe Thompson a appris à enchevêtrer des milliers, voire des millions d'atomes, même lorsqu'ils sont distants de quelques millimètres ou plus. Pour ce faire, ils utilisent la lumière rebondissant entre les miroirs, appelée cavité optique, pour permettre aux informations de sauter entre les atomes et de les lier dans un état intriqué. En utilisant cette approche unique basée sur la lumière, ils ont créé et observé certains des états les plus intriqués jamais générés dans n'importe quel système, qu'il soit atomique, photonique ou à l'état solide.
Le groupe a conçu deux approches expérimentales distinctes, qu'ils ont toutes deux utilisées dans leurs travaux récents. Dans la première approche, appelée mesure quantique sans démolition, ils effectuent une prémesure du bruit quantique associé à leurs atomes et soustraient simplement le bruit quantique de leur mesure finale.
Dans une deuxième approche, la lumière injectée dans la cavité fait subir aux atomes une torsion sur un axe, un processus dans lequel le bruit quantique de chaque atome devient corrélé avec le
bruit quantique de tous les autres atomes afin qu'ils puissent ''conspirer ''ensemble pour devenir plus silencieux. "Les atomes sont un peu comme ces enfants qui se font dire de se taire afin qu'ils puissent entendre parler de la fête que le professeur leur a promise, mais ici, c'est l'enchevêtrement qui fabrique le silence", explique Thompson.
Interféromètre à ondes de matière
L'un des capteurs quantiques les plus précis et les plus exacts aujourd'hui est l'interféromètre à ondes de matière. L'idée est que l'on utilise des impulsions de lumière pour faire bouger et ne pas bouger simultanément les atomes en ayant à la fois absorbé et non absorbé la lumière laser. Cela fait que les atomes au fil du temps se trouvent simultanément à deux endroits différents à la fois.
Comme l'explique Chengyi Luo, étudiante diplômée, "nous faisons briller des faisceaux laser sur les atomes, de sorte que nous divisons en deux le paquet d'ondes quantiques de chaque atome, en d'autres termes, la particule existe en fait dans deux espaces distincts en même temps." Des impulsions ultérieures de lumière laser inversent ensuite le processus en rapprochant les paquets d'ondes quantiques afin que tout changement dans l'environnement, tel que des accélérations ou des rotations, puisse être détecté par une quantité mesurable d'interférences affectant les deux parties du paquet d'ondes atomiques, un peu comme se fait avec des champs lumineux dans les interféromètres normaux, mais ici avec des ondes de de'Broglie, ou des ondes associées à la matière.
L'équipe d'étudiants diplômés du JILA a compris comment faire tout cela à l'intérieur d'une cavité optique avec des miroirs hautement réfléchissants. Ils ont pu mesurer la distance parcourue par les atomes le long de la cavité orientée verticalement en raison de la gravité dans une version quantique de l'expérience de gravité de Galileée en laissant tomber des objets de la tour penchée de Pise, mais avec tous les avantages de précision et d'exactitude qui découlent de la mécanique quantique.
Doubler l'effroi! !!
En apprenant à faire fonctionner un interféromètre à ondes de matière à l'intérieur d'une cavité optique, l'équipe d'étudiants diplômés dirigée par Chengyi Luo et Graham Greve a ensuite pu tirer parti des interactions lumière-matière pour créer un enchevêtrement entre les différents atomes afin de créer un mesure plus silencieuse et plus précise de l'accélération due à la gravité. C'est la première fois que quelqu'un a pu observer un interféromètre à ondes de matière avec une précision qui dépasse la limite quantique standard de précision fixée par le bruit quantique des atomes non intriqués.
Grâce à la précision accrue, des chercheurs comme Luo et Thompson voient de nombreux avantages futurs pour l'utilisation de l'intrication comme ressource dans les capteurs quantiques. Thompson déclare : "Je pense qu'un jour nous pourrons introduire l'intrication dans les interféromètres à ondes de matière pour détecter les ondes gravitationnelles dans l'espace, ou pour les recherches de matière noire - des choses qui sondent la physique fondamentale, ainsi que des dispositifs qui peuvent être utilisés pour chaque applications quotidiennes telles que la navigation ou la géodésie."
Avec cette avancée expérimentale capitale, Thompson et son équipe espèrent que d'autres utiliseront cette nouvelle approche d'interféromètre intriqué pour mener à d'autres avancées dans le domaine de la physique. Avec optimisme, Thompson déclare : « En apprenant à exploiter et à contrôler toutes les effrois que nous connaissons déjà, nous pourrons peut-être découvrir de nouvelles choses effrayantes sur l'univers auxquelles nous n'avons même pas encore pensé.
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COMMENTAIRES
A son époque Albert
EINSTEIN avait jugé la poosibilité d 'un phénomène tel que l 'intrication quantique comme ''effrayante '' ... Et de fait cela heutait sa compréhension de la Mécanique quantique en l 'écartant de la vision classique d 'un objet visible dans un espace familer .......""Une place pour chaque chose ...et chaque chise à sa place !!!'' pourrais-je lui faire dire en le caricaturant !
Et pourtant ce concept ''de perqistance de connectivité'' a distance faisait son chemin ailleurs : voous avez tous entendu parler de ce ''battement d 'ailes d'un papillon à RIO DE JANEIRO qui détraquerait le climat de PARIS - (LORENTZ)
Si donc ce que vous raconte ma traduction s 'avère vrai et extensible attendez d 'en voir les multiples applications préues par les auteurs !!!!
PS / Je n 'écris pas a 4 mains mais travaille beaucoup !! lLe programme de traductions prévu et copieux sera exécuté
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A quantum network of entangled atomic clocks
More information: Graham P. Greve et al, Entanglement-enhanced matter-wave interferometry in a high-finesse cavity, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05197-9
Journal information: Nature
Provided by National Institute of Standards and Technology
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