Une expérience de stabilisation constante d’un état quantique a été réalisée avec succès pour la première fois par une équipe du Laboratoire Kastler Brossel, en France. Les chercheurs dirigés par Serge Haroche ont réussi à maintenir un nombre constant de photons dans une cavité micro-ondes de haute qualité. Les résultats de leur étude sont publiés dans la revue en ligne Nature le 1er septembre.
Le photon, unité de base de la lumière, ne peut normalement être observé que lorsqu’il disparaît. L’œil absorbe les photons, les détruit et traduit l’information qu’ils transportent au fur et à mesure qu’elle est enregistrée. Cependant, cette destruction n’est pas indispensable. Il y a quatre ans, une équipe du Laboratoire Kastler Brossel a fait une percée majeure : observer, des centaines de fois, un seul et même photon micro-onde piégé dans une boîte.
Albert Einstein
Dans leurs nouveaux travaux, les chercheurs sont allés encore plus loin : ils ont réussi à stabiliser un nombre donné de photons dans une “boîte à photons”, une cavité formée de deux miroirs supraconducteurs. Il s’agit de la première expérience complète de stabilisation quantique. D’une manière générale, les stabilisations assurent le fonctionnement des systèmes qui nous entourent. Dans le cas d’un four, sa température de chauffe dépend d’une valeur de consigne : tant que la température idéale n’est pas atteinte, le four continue à chauffer puis maintient son état en fonction des indications du thermostat.
Le transfert de ces concepts au monde quantique microscopique se heurte à un obstacle : la mesure – le thermomètre – change l’état du système. La stabilisation quantique consiste en une mesure effectuée par l’injection d’atomes, sondes ultrasensibles, dans la cavité. Cette mesure ne fixe pas le nombre de photons, mais en donne une vague estimation. Comme toute mesure quantique, elle modifie cependant l’état de la cavité. Un moniteur – le thermostat – prend en compte cette information ainsi que la perturbation de la mesure et commande une source de micro-ondes classique – les éléments chauffants du four. De cette manière, la cavité est amenée ou ramenée dans un état où le nombre de photons a exactement la valeur prescrite.
Einstein avait rêvé de piéger un photon dans une boîte pendant une période d’environ une seconde. Cette stabilisation quantique a maintenant permis au groupe LKB d’aller encore plus loin dans la réalisation de ce rêve en maintenant, de manière permanente, un nombre donné de photons dans la boîte. Cette expérience représente une étape importante dans le contrôle d’états quantiques complexes.
