Eric Bogers

À l’écoute de radio Quanta

10 avril 2019, 16:26
À l’écoute de radio Quanta
À l’écoute de radio Quanta
Des chercheurs de l’université de technologie de Delft (Pays-Bas) viennent de créer un circuit quantique pour leur permettre d'écouter les plus faibles signaux radio possibles, selon les lois de la mécanique quantique. Ce nouveau circuit pourrait ouvrir la voie à de nouvelles applications, notamment en radioastronomie et pour la médecine (appareils d’imagerie par résonance magnétique). Il a également permis aux chercheurs de mener des expériences qui pourraient éclairer l'interaction entre la mécanique quantique et la gravité.

Qui n'a pas été parfois agacé par une mauvaise réception provoquée par de faibles signaux radio ? Nous avons tous connu, ce moment, en voiture, où notre chanson préférée est noyée dans le bruit, ou ailleurs, l'impossibilité d'accéder à nos e-mails parce que nous sommes trop loin d'un routeur Wi-Fi. Généralement, la solution consiste à accroître la puissance du signal, par exemple en choisissant une station radio différente ou en nous déplaçant dans une pièce plus proche du routeur. Et si la solution consistait plutôt à affiner notre ouïe ou la sensibilité du récepteur ?

Un pas de géant (quantique)

La faiblesse des signaux radio ne perturbe pas que les auditeurs à la recherche de leur station favorite. Les scanners d'imagerie à résonance magnétique des hôpitaux et les radiotélescopes utilisés pour détecter les signaux venus de l'espace sont également concernés.

Dans une avancée majeure en matière de détection des signaux, les chercheurs d'une équipe dirigée par le professeur Gary Steele sont parvenus à détecter des photons, ou « quanta » d'énergie. Il s'agit des signaux les plus faibles prévus par la théorie de la mécanique quantique.

Morceaux quantiques

L'une des prédictions les plus étranges de la mécanique quantique est que l'énergie se répartit en petits morceaux, appelés « quanta ». Qu'est-ce que cela signifie ? « Imaginons que je pousse un enfant sur une balançoire », commente le chercheur Mario Gely. « Si je veux accélérer son mouvement, la physique classique dit qu'il suffit de lui donner une petite poussée dans le dos, ce qui augmente un peu sa vitesse et son énergie. Mais la mécanique quantique dit autre chose. Je ne peux accroître l'énergie de l'enfant que par pas, ou « quantum »,  à un moment donné. Et il est impossible d'appliquer, par exemple, la moitié de cette quantité ».

Pour un enfant qui se balance, ces « pas quantiques » sont trop faibles pour être perçus. Jusqu'à une période récente, il en était de même pour les ondes radio. Ce qui n'a pas empêché les chercheurs de l'université de technologie de Delft de développer un « circuit quantique » pour détecter ces quanta d'énergie dans les signaux radio. Il est donc désormais possible de détecter des ondes radio au niveau quantique.

Gravité quantique ?

Outre les applications de détection quantique, les chercheurs souhaiteraient également appliquer la mécanique quantique à un autre niveau : la masse. Bien que la théorie de la mécanique quantique ait été développée il y a près de cent ans, les physiciens ne savent toujours pas comment l’unifier avec la gravité.

« Avec notre circuit radio quantique, nous ne souhaitons pas seulement écouter les vibrations quantiques d'objets lourds, mais également les commander. Nous pourrions ainsi explorer expérimentalement ce qui se produit lorsque vous combinez mécanique quantique et gravité », a indiqué Gary Steele. « Ces expériences sont très compliquées, mais si nous réussissons, nous pourrions tenter de réaliser une superposition quantique de l'espace-temps. Il s'agit d'un concept totalement inédit qui permettrait d’éprouver notre compréhension à la fois de la mécanique quantique et de la relativité générale ».
Ces travaux ont été publiés dans la revue Science.

Source : Université de technologie de Delft
 
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