Un circuit quantique franchit les barrières : détection des signaux radio les plus faibles possibles

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

De minuscules pas quantiques

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

Cependant, les lois de la mécanique quantique sont très différentes : vous ne pouvez augmenter l'énergie du chariot que d'un « pas quantique » à la fois. Ces « pas quantiques » sont trop faibles pour pousser le chariot. En fait, il n'y a guère de dispositif pour détecter un seul pas quantique avec précision. La même chose est vraie 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 fréquence radio. La nouvelle architecture d'électrodynamique quantique de circuit permet la lecture et la manipulation d'un résonateur radiofréquence au niveau quantique.

La puce quantique (1×1 cm) développée dans cette étude | Source : TU Delft

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

Interplay entre gravité quantique et mécanique quantique

L'équipe vise à emmener les mécanismes quantiques au-delà des applications en détection quantique : ils veulent 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 été capables de comprendre comment faire entrer la gravité dans la mécanique quantique.

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

Bien sûr, de telles expériences ne seront pas faciles à réaliser, mais si elles réussissent, ils 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.