Des physiciens ont enregistré des sauts quantiques dans un objet mécanique massif

• Des physiciens ont enregistré pour la première fois des sauts quantiques dans un grand objet mécanique.
• L'expérience a combiné un cristal de phonons et un qubit supraconducteur
• Les mesures ont été effectuées par vérification de la parité du nombre de phonons
• Les résultats ont été publiés dans la revue Science

Dans une expérience récente, une équipe internationale de physiciens a réussi à enregistrer des sauts quantiques dans un objet mécanique massif, ce qui constitue la première confirmation des prédictions théoriques sur les transitions d'énergie discrètes dans des systèmes macroscopiques.

De la théorie à la pratique

Le concept de saut quantique est apparu au début du XXe siècle, lorsque les scientifiques ont compris que les particules microscopiques pouvaient passer d'un niveau d'énergie à un autre sans états intermédiaires. Jusqu'à récemment, de tels phénomènes n'avaient été observés que dans des atomes, des ions et des qubits individuels, mais leur manifestation dans un objet plus grand restait inaccessible.

Pour créer une plateforme appropriée, les chercheurs ont utilisé un cristal de phonons - une structure artificiellement construite capable de diriger et de contrôler les oscillations sonores (phonons) à l'échelle nanométrique. Ce réseau a assuré une isolation élevée de la partie résonante mécanique des bruits externes.

L'élément clé de l'expérience était un qubit supraconducteur fonctionnant à des températures inférieures à 20 mK. Le qubit a été intégré directement avec un cristal de phonons, ce qui a permis de transmettre l'état quantique entre les sous-systèmes électrique et mécanique.

Méthode de mesure

Pour enregistrer les transitions, les scientifiques ont utilisé la vérification de la parité du nombre de phonons - une méthode spéciale permettant de déterminer si le nombre de quanta de vibration dans le système est pair ou impair, sans les mesurer directement. À l'aide du qubit, une série de mesures rapides a été effectuée, après quoi les données obtenues ont montré des changements brusques de parité, correspondant à des sauts quantiques.

Les signaux reçus démontrent que le résonateur mécanique passe entre des niveaux d'énergie discrets, de manière similaire à ce qui se produit dans les systèmes atomiques. Ces transitions ont été observées en temps réel, ce qui confirme la possibilité de contrôler des états quantiques macroscopiques.

Le succès de l'expérience ouvre de nouvelles perspectives pour le développement d'appareils quantiques hybrides, où les éléments mécaniques peuvent servir de mémoires quantiques à long terme ou de convertisseurs de signaux entre différents types de systèmes quantiques.

Les résultats de l'étude ont été présentés dans la revue scientifique de premier plan Science, où ils ont reçu une large reconnaissance au sein de la communauté des physiciens. Les auteurs prévoient d'améliorer davantage la sensibilité des mesures et d'élargir l'échelle de l'expérience, ce qui pourrait conduire à une utilisation pratique des sauts quantiques dans les technologies du futur.

Source : N+1