Des chercheurs ont inventé le premier « CRISTAL TEMPOREL »

Des chercheurs ont inventé le premier « CRISTAL TEMPOREL »
© Crisi Calatrava via Flickr CC BY 2.0

Imaginé en 2012 par un prix Nobel de physique, cet étrange objet est devenu une réalité sous la main de chercheurs en physique quantique.

C’est d’abord un exploit purement expérimental: imaginé en 2012 par le prix Nobel de physique (2004) Frank Wilczek, le « cristal temporel » n’était jusqu’ici qu’un concept théorique, très éloigné de notre expérience physique. Mais le 27 septembre dernier, une équipe menée par des chercheurs du M.I.T et de l’université du Maryland (États-Unis) spécialisés en physique quantique a annoncé avoir conçu et observé pour la première fois cet étrange objet.

Censé avoir la capacité de vibrer naturellement avec une périodicité extrêmement précise, ce nouveau type de système d’échelle atomique pourrait constituer une future horloge ou mémoire pour les ordinateurs quantiques.

Les cristaux spatiaux

En physique on nomme cristal un matériau dont les atomes sont disposés suivant une séquence répétitive dans une certaine direction. Cet ordre est naturel en ce sens qu’il réalise un état d’équilibre (ou d’énergie minimale) du réseau, à condition d’être dans les bonnes conditions.

Par exemple, lorsque des atomes de sodium et de clore sont dispersés dans de l’eau, ils restent libres. Mais au-dessus d’une certaine concentration (env. 38 g par 100 g d’eau) le sodium et le clore se rassemblent dans une structure périodique solide (dite « cubique à face centrée ») : le sel.

Qu’est-ce qu’un cristal temporel ?

Le concept de cristal temporel reprend l’idée d’une périodicité, à la différence que celle-ci est non pas spatiale mais temporelle : sous les bonnes conditions, un système d’atomes peut se mettre à osciller entre deux formes sans pour cela avoir besoin d’un apport d’énergie – cette périodicité temporelle représentant l’état d’énergie minimal du système, sont état de repos.

Mais voilà, si l’on ne voit pas cela dans notre quotidien, c’est que le concept est issu des lois de la physique quantique et de ce fait ne peut se réaliser qu’à très petite échelle (sur un groupe de quelques atomes) et à des conditions requérant tout l’appareillage de pointe des labos de physique quantique.

L’expérience

Concrètement, l’équipe de Chris Monroe – l’un des grands spécialistes de l’ordinateur quantique – a fait léviter grâce à un laser 10 atomes d’yttrium positionnées linéairement les uns à côté des autres, l’ensemble ne faisant que quelques nanomètres de longueur.

Sous des conditions très strictes, les atomes d’yttium se sont liés réciproquement par un lien quantique étrange nommé « intrication ». C’est alors que l’équipe a observé l’effet cristal temporel : l’un des paramètres globaux de ce système, le spin (grandeur quantique intraduisible mais qui peut être assimilé à un moment magnétique), s’est mis à osciller de haut en bas avec une période de quelque 75 micro-secondes.

Une grande robustesse face aux perturbations

Et l’équipe, qui a répété l’expérience quelque 150 fois, a observé qu’en modifiant la fréquence des lasers, la période d’oscillation se maintenait inchangée. Cette stabilité au regard des fluctuations extérieures est un mets de luxe dans l’univers des systèmes quantiques – qui tendent à se détruire à la moindre perturbation.

Qu’un calcul théorique anticipe et donne naissance à un nouveau type d’objet bien réel, voilà qui ravit les chercheurs. La manip visant ainsi à faire surgir des limbes ce possible mathématique, c’est une réussite.

Mais l’expérience n’a pas été effectuée uniquement « pour la gloire » : aux prises avec la technologie émergente des ordinateurs quantiques, de futures machines extrêmement puissantes mais dont l’étrangeté de ses lois de fonctionnement pose encore bien des défis techniques, la matérialisation du concept de cristal temporel permet d’imaginer de futures mémoires quantiques stables.

 

Roman Ikonicoff

Source: science&vie.com

Lamia Siffaoui
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