Physique quantique : le chat de Schrödinger pèse désormais 16 microgrammes
Une pierre précieuse sur les traces du chat de Schrödinger : des physiciens ont placé un saphir de 16 microgrammes dans une superposition de deux états vibratoires. Un nouveau record.
Un cristal de saphir de 16 microgrammes est à ce jour le plus gros objet qui ait jamais existé dans une superposition quantique de deux états de vibration. Une équipe dirigée par Matteo Fadel de l'ETH de Zurich a fait vibrer le cristal de telle sorte que les atomes oscillent dans un sens et dans l'autre - dans ce qu'on appelle la superposition, ils oscillent simultanément dans deux directions opposées. Comme le groupe de travail le rapporte dans "Science", cet état correspond à l'expérience de pensée du chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort en fonction de la désintégration d'un atome qui détruit une ampoule de poison. De tels "états de chat" macroscopiques devraient aider à comprendre comment et pourquoi les lois du monde quantique transgressent les règles de la physique classique pour des objets plus grands.
Pour faire en sorte que le saphir (le chat), composé d'environ cent mille milliards d'atomes, se comporte comme un objet de la mécanique quantique, l'équipe l'a fait vibrer et l'a couplé à un circuit supraconducteur (l'atome de l'expérience de pensée de Schrödinger). Celui-ci correspond à un qubit : il se trouve donc simultanément dans les états "0" et "1". La superposition se transmet ensuite à l'oscillation du cristal : les atomes du cristal peuvent ainsi se déplacer dans deux directions à la fois, par exemple vers le haut et vers le bas - tout comme le chat de Schrödinger est à la fois mort et vivant. L'important est que la distance entre les deux états soit plus grande que ce que permet l'incertitude de la mécanique quantique.
Avec le qubit supraconducteur, les chercheurs ont également réussi à déterminer la distance entre les deux états de vibration du cristal. Avec seulement un milliardième de nanomètre, la distance est certes minuscule - mais tout de même suffisamment grande pour distinguer les deux états sans aucun doute.
Dans le cas des objets de la mécanique quantique, de telles superpositions d'états classiquement incompatibles sont courantes. En revanche, les objets macroscopiques composés d'un très grand nombre d'atomes obéissent normalement à la mécanique classique, ils ne peuvent pas adopter deux états contradictoires en même temps. De même qu'un chat ne peut pas être à la fois vivant et mort, un cristal ne peut pas osciller vers le haut et vers le bas en même temps. La grande énigme est toutefois de savoir pourquoi il ne peut pas le faire en règle générale. En effet, quelle que soit la taille d'un objet, il est composé d'atomes et de particules subatomiques qui obéissent aux règles de la physique quantique.
Il existe toute une série d'explications possibles pour expliquer pourquoi les grands objets ne le font pas. Par exemple, parce que plus le nombre d'atomes augmente, plus les influences provoquent la désintégration des états quantiques. Ou encore que la gravité pourrait jouer un rôle. L'espoir est que des "états de chat" toujours plus grands puissent contribuer à résoudre l'énigme du chat de Schrödinger. Par ailleurs, les états quantiques macroscopiques stables et contrôlables sont également intéressants d'un point de vue technique, par exemple pour les procédures de correction d'erreurs dans les ordinateurs quantiques de plus en plus complexes.
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Photo de couverture : Shutterstock / Andrew Kozeko
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