Circulation directionnelle de courant autour d’un triangle d’atomes due à un champ magnétique synthétique. Crédit : Andy Wild
des physiciens de Exeter et Saragosse ont créé une théorie décrivant comment la non-réciprocité peut être induite au niveau quantique, ouvrant la voie au transport non réciproque dans la prochaine génération de nanotechnologie
Deux physiciens théoriciens, de l’Université d’Exeter (Royaume-Uni) et de l’Université de Saragosse (Espagne), ont développé une théorie quantique expliquant comment concevoir des flux non réciproques de lumière quantique et de matière. La recherche peut être importante pour la création de technologies quantiques qui nécessitent le transfert directionnel d’énergie et d’informations à petite échelle.
La réciprocité, allant de la même manière en arrière qu’en avant, est un concept omniprésent en physique. Un exemple célèbre peut être trouvé dans la loi de Newton : pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée. L’effondrement d’une notion aussi puissante que la réciprocité dans n’importe quel domaine de la physique, de la mécanique à l’optique en passant par l’électromagnétisme, est généralement associé à des surprises qui peuvent être exploitées pour des applications technologiques. Par exemple, une diode électrique non réciproque permet au courant de passer en avant mais pas en arrière et constitue un élément constitutif de l’industrie de la microélectronique.
Dans leurs dernières recherches, Downing et Zueco proposent une théorie quantique du transport non réciproque autour d’un amas triangulaire d’objets quantiques en interaction forte. Inspirés par la physique des anneaux quantiques, ils montrent qu’en créant un champ magnétique artificiel, on peut régler la direction du flux d’énergie autour de l’amas. La théorie rend compte de fortes interactions de particules, telles que la directionnalité apparaît à une bande d’énergies, et considère l’effet pernicieux de la dissipation pour la formation de courants quantiques non réciproques.
La recherche peut être utile dans le développement de dispositifs quantiques nécessitant un transport directionnel efficace, ainsi que pour d’autres études de phases quantiques à interaction forte, de champs magnétiques synthétiques et de simulateurs quantiques.
Charles Downing de l’Université d’Exeter explique : « Nos calculs donnent un aperçu de la façon dont on peut déclencher un transport directionnel dans des réseaux nanoscopiques fermés d’atomes et de photons avec de fortes interactions, ce qui peut conduire au développement de nouveaux dispositifs à caractère hautement directionnel.
Référence : « Non-reciprocal population dynamics in a quantum trimer » par CA Downing et D. Zueco, 17 novembre 2021, Actes de la Royal Society A.
DOI : 10.1098 / rspa.2021.0507
Actes de la Royal Society A est une revue historique qui publie des recherches scientifiques depuis 1905.
