Un nouveau circuit détecte les signaux radio les plus faibles autorisés par la mécanique quantique

• Les physiciens construisent un nouveau circuit capable de détecter de très petits pas quantiques (photons) dans les signaux radiofréquence.
• Ces nouveaux circuits quantiques pourraient avoir de nombreuses applications, de l'imagerie par résonance magnétique nucléaire à la radioastronomie.

La détection de champs électromagnétiques radiofréquences faibles joue un rôle important dans plusieurs domaines, y compris l'imagerie par résonance magnétique nucléaire à la radioastronomie.

En optique quantique, le signal le plus faible est un photon unique. Il est vraiment difficile de détecter et de manipuler des photons individuels à des fréquences mégahertz, car vous ne pouvez pas arrêter les fluctuations thermiques, même à des températures cryogéniques.

Aujourd'hui, des physiciens de l'Université de technologie de Delft ont développé un système qui rend une telle détection possible. Ils ont construit un circuit quantique pour détecter les signaux les plus faibles — photons ou quanta d'énergie — permis par la théorie de la mécanique quantique.

Petits pas quantiques

En mécanique quantique, l'énergie se présente sous la forme de minuscules interstices appelés « quanta ». Permettez-moi d'expliquer cela avec un exemple :disons que vous poussez un panier. Selon la physique classique, si vous voulez aller plus vite, vous pouvez donner une poussée supplémentaire au chariot, fournissant plus d'énergie et plus de vitesse.

Cependant, les lois de la mécanique quantique sont assez différentes :vous ne pouvez augmenter l'énergie du chariot qu'un "pas quantique" à la fois. Ces « pas quantiques » sont trop faibles pour pousser le chariot. En fait, il n'existe pratiquement aucun dispositif permettant de détecter avec précision un seul pas quantique. Il en est de même pour les ondes radio.

Référence :ScienceMag | doi:10.1126/science.aaw3101 | Université de technologie de Delft

Ce que les chercheurs ont construit dans cette étude peut réellement détecter ces minuscules pas quantiques dans les signaux de radiofréquence. La nouvelle architecture d'électrodynamique quantique de circuit permet la lecture et la manipulation d'un résonateur radiofréquence au niveau quantique.

La puce Quantum (1*1 cm) développée dans cette étude | Source :TU Delft

L'architecture peut également être utilisée pour interfacer l'électrodynamique quantique des circuits avec d'autres systèmes physiques dans la gamme de fréquences mégahertz, par exemple, des oscillateurs mécaniques macroscopiques ou des systèmes de spin.

Interaction entre la gravité quantique et la mécanique quantique

L'équipe vise à amener les mécanismes quantiques au-delà des applications en détection quantique :ils souhaitent explorer la gravité quantique. Bien que la théorie de l'électromagnétisme quantique ait été formulée pour la première fois dans les années 1920, les physiciens n'ont pas réussi à comprendre comment intégrer la gravité dans la mécanique quantique.

Les chercheurs prévoient d'écouter et de manipuler les vibrations quantiques de gros objets, en utilisant la radio quantique. Ils essaieront également de combiner gravité quantique et mécanique et verront ce qui se passe.

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Bien sûr, de telles expériences ne seront pas faciles à réaliser, mais si elles réussissent, elles pourraient être capables de créer une superposition quantique de l'espace-temps lui-même, ce qui nécessiterait une grande compréhension à la fois de la relativité générale et de la mécanique quantique.