La découverte pourrait ouvrir de nouveaux domaines en chimie et technologie quantiques – Technoguide

Les chercheurs ont de grandes idées sur le potentiel de la technologie quantique, des réseaux non piratables aux capteurs de tremblement de terre. Mais tout cela dépend d’une prouesse technologique majeure: être capable de construire et de contrôler des systèmes de particules quantiques, qui sont parmi les plus petits objets de l’univers.

Cet objectif est maintenant un pas de plus avec la publication d’une nouvelle méthode par des scientifiques de l’Université de Chicago. Publié le 28 avril dans Nature, l’article montre comment amener plusieurs molécules à la fois dans un seul état quantique – l’un des objectifs les plus importants de la physique quantique.

«Les gens essaient de le faire depuis des décennies, nous sommes donc très enthousiastes», a déclaré l’auteur principal Cheng Chin, professeur de physique à UChicago, qui a déclaré qu’il souhaitait atteindre cet objectif depuis qu’il était étudiant diplômé dans les années 1990. «J’espère que cela peut ouvrir de nouveaux domaines dans la chimie quantique à plusieurs corps. Il y a des preuves qu’il y a beaucoup de découvertes qui attendent là-bas.

L’un des états essentiels de la matière est appelé un condensat de Bose-Einstein: lorsqu’un groupe de particules refroidies à un zéro presque absolu partage un état quantique, le groupe entier commence à se comporter comme s’il s’agissait d’un seul atome. C’est un peu comme persuader un groupe entier de marcher tout à fait au pas tout en jouant dans l’air – difficile à réaliser, mais quand cela arrive, un tout nouveau monde de possibilités peut s’ouvrir.

Les scientifiques sont capables de le faire avec des atomes depuis quelques décennies, mais ce qu’ils aimeraient vraiment faire, c’est pouvoir le faire avec des molécules. Une telle percée pourrait servir de base à de nombreuses formes de technologie quantique.

Mais comme les molécules sont plus grosses que les atomes et ont beaucoup plus de pièces mobiles, la plupart des tentatives pour les exploiter se sont dissoutes dans le chaos. “Les atomes sont de simples objets sphériques, alors que les molécules peuvent vibrer, tourner, porter de petits aimants”, a déclaré Chin. “Parce que les molécules peuvent faire tellement de choses différentes, cela les rend plus utiles et en même temps beaucoup plus difficiles à contrôler.”

Le groupe de Chin souhaitait profiter de quelques nouvelles capacités du laboratoire qui étaient récemment devenues disponibles. L’année dernière, ils ont commencé à expérimenter l’ajout de deux conditions.

Le premier était de refroidir encore plus l’ensemble du système – jusqu’à 10 nanokelvins, un cheveu divisé au-dessus du zéro absolu. Ensuite, ils ont emballé les molécules dans un vide sanitaire afin qu’elles soient épinglées à plat. “En règle générale, les molécules veulent se déplacer dans toutes les directions, et si vous le permettez, elles sont beaucoup moins stables”, a déclaré Chin. “Nous avons confiné les molécules pour qu’elles soient sur une surface 2D et ne puissent se déplacer que dans deux directions.”

Le résultat était un ensemble de molécules pratiquement identiques – alignées avec exactement la même orientation, la même fréquence vibratoire, dans le même état quantique.

Les scientifiques ont décrit ce condensat moléculaire comme une feuille vierge de nouveau papier à dessin pour l’ingénierie quantique. “C’est le point de départ idéal absolu”, a déclaré Chin. “Par exemple, si vous souhaitez créer des systèmes quantiques pour contenir des informations, vous avez besoin d’une ardoise vierge sur laquelle écrire avant de pouvoir formater et stocker ces informations.”

Jusqu’à présent, ils ont pu relier jusqu’à quelques milliers de molécules ensemble dans un tel état et commencent à explorer son potentiel.

«De la manière traditionnelle de penser la chimie, vous pensez à quelques atomes et molécules qui entrent en collision et forment une nouvelle molécule», a déclaré Chin. «Mais dans le régime quantique, toutes les molécules agissent ensemble, dans un comportement collectif. Cela ouvre une toute nouvelle façon d’explorer comment les molécules peuvent toutes réagir ensemble pour devenir un nouveau type de molécule.

“C’est un de mes objectifs depuis que je suis étudiant”, a-t-il ajouté, “donc nous sommes très, très heureux de ce résultat.”

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Université de Chicago. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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