Torsion quantique : des chats de Schrödinger “chauds”

La physique quantique a longtemps nécessité une précision extrême et des températures ultra-froides pour observer ses phénomènes les plus déroutants. Mais une découverte de chercheurs à Innsbruck, en Autriche, remet cette idée en question en montrant que les états quantiques peuvent persister même dans des environnements plus chauds et moins contrôlés.

Dans une nouvelle étude publiée dans Science Advances, une équipe de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’Optique Quantique et d’Information Quantique (IQOQI) de l’Académie autrichienne des sciences a réussi à générer des états de “chat de Schrödinger” “chauds”—un type de superposition quantique—dans un résonateur micro-onde supraconducteur.

Qu’est-ce que les états de chat de Schrödinger ?

Nommés d’après l’expérience de pensée célèbre d’Erwin Schrödinger, où un chat est à la fois vivant et mort en même temps, les états de chat représentent la réalité quantique où un système existe simultanément dans deux états distincts. Bien que de tels effets aient déjà été observés dans des systèmes froids soigneusement préparés, cette nouvelle recherche marque la première fois qu’ils ont été créés à partir d’états thermiquement excités—ou “chauds”.

“Schrödinger supposait un chat vivant, ou chaud, dans son expérience de pensée”, déclare Gerhard Kirchmair, co-auteur principal de l’étude. “Nous voulions savoir si les effets quantiques pouvaient encore émerger sans partir de l’état fondamental ‘froid’.”

L’expérience : Chauffer les choses

Les chercheurs ont utilisé un qubit transmon à l’intérieur d’un résonateur micro-onde supraconducteur pour créer leurs états quantiques. Au lieu de refroidir le système près du zéro absolu (la méthode habituelle), ils ont créé des états de chat à des températures allant jusqu’à 1,8 Kelvin—environ 60 fois plus chaudes que l’environnement avoisinant dans la cavité.

Leur équipe a utilisé deux protocoles spécialisés—préalablement réservés aux systèmes froids—pour produire des superpositions dans cette configuration plus chaude. De manière remarquable, ces méthodes adaptées ont fonctionné, générant des interférences quantiques distinctes malgré la chaleur supplémentaire.

Repenser les limites de température quantique

“Beaucoup de scientifiques étaient sceptiques au départ”, déclare Thomas Agrenius, physicien théoricien de l’équipe. “Parce que la température est généralement perçue comme un tueur quantique—elle a tendance à détruire les états quantiques délicats. Mais nos mesures montrent que l’interférence quantique peut survivre, même à des températures élevées.”

L’expérimentateur principal Ian Yang ajoute : “Ce que nous avons démontré, c’est que des états quantiques hautement mélangés avec de véritables propriétés quantiques peuvent encore être créés dans ces conditions.”

Un nouveau chemin pour les technologies quantiques

Les implications de cette recherche pourraient avoir un impact majeur dans le monde de la science quantique. Refroidir un système à son état fondamental est souvent l’un des plus grands défis techniques dans les expériences quantiques. Cette nouvelle méthode pourrait ouvrir la voie à des technologies quantiques fonctionnant dans des conditions moins idéales, notamment dans des systèmes complexes tels que les oscillateurs nanomécaniques, où atteindre des températures ultra-froides est difficile.

“Cette découverte ouvre de nouvelles perspectives”, déclare Oriol Romero-Isart, qui a dirigé la partie théorique du projet et est désormais directeur à l’ICFO de Barcelone. “Nous avons montré qu’avec les bonnes interactions, la température n’est pas nécessairement un obstacle.”

La conclusion

Loin d’être une simple curiosité académique, cette réalisation remet en question une hypothèse clé en science quantique : que la chaleur et le comportement quantique ne vont pas de pair. Comme le dit Kirchmair, “Si nous pouvons concevoir les bonnes interactions au sein d’un système, la température pourrait ne plus avoir d’importance.”

Cela pourrait changer la donne pour l’avenir de l’informatique quantique, de la détection et d’autres technologies de prochaine génération, nous rapprochant ainsi de l’exploitation des effets quantiques dans un monde réel et imparfait.

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Lire l’article original :  Phys.org

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