L'intrication quantique va rendre obsolète nos horloges atomiques actuelles

Les horloges atomiques comptent parmi les instruments de mesure les plus précis au monde, mais elles peuvent encore être améliorées.

Jusqu'à présent, toutes les horloges de grade métrologique utilisent des atomes non corrélés, caractérisées ainsi par un bruit statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon....) appelé "bruit de projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de...) quantique", qui limite fondamentalement leurs performances. Il est connu que cette limite peut être surmontée en utilisant une forme d'intrication quantique (L'intrication quantique est un phénomène observé en mécanique quantique dans...) appelée "spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque...) squeezing".

Cependant, la durée de vie des états avec compression du bruit de spin produites en laboratoire est typiquement de plusieurs ordres de grandeur plus courte que celle requise pour les instruments de grade (Le mot grade a plusieurs significations :) métrologique.


Une collaboration entre le SYRTE et le Laboratoire Kastler Brossel a permis de produire des états comprimés d'une durée de vie de près d'une seconde, ce qui est suffisant pour une horloge ou un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...) de qualité métrologique.

Le fait de pouvoir conserver l'état quantique fragile pendant une période aussi longue permet également de mieux comprendre les propriétés de "sa vraie vie", avec des résultats surprenants: le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) d'horloge produit par l'état intriqué s'amplifie avec le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...), atteignant plus de 4 fois sa valeur attendue, comme démontré par les chercheurs. L'effet s'explique par des interactions extrêmement faibles entre les atomes - si faibles qu'elles restaient invisibles dans les expériences antérieures de courte durée. Ces interactions conspirent avec la corrélation quantique crée pour amplifier le couplage avec la microcavité optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) utilisée pour la détection des atomes.

L'horloge à micro-ondes utilisée dans cette expérience fonctionne dans le régime de la nouvelle génération d'horloges compactes pour les satellites du système global de navigation (La navigation est la science et l'ensemble des techniques qui permettent de :), déclenchant des espoirs croissants sur l'amélioration quantique des horloges compactes dans un avenir proche.

Pour en savoir plus

Huang and al., Observing Spin-Squeezed States under Spin-Exchange Collisions for a Second, 2023.