Couplage le plus fort entre lumière et matière jamais atteint

« Nous permettons ainsi l’étude des interactions lumière-matière dans un nouveau domaine de l’optique quantique », indique le Dr. Pol Forn-Diaz, chercheur postdoctoral à l’IQC et auteur principal de l’étude. « Les possibilités sont prometteuses parce que notre circuit pourrait agir comme un simulateur quantique pour étudier d’autres systèmes quantiques intéressants dans la nature. »

Le couplage ultrafort entre photons et qubits peut conduire à l’exploration d’une nouvelle physique liée aux processus biologiques, des matériaux exotiques tels que les supraconducteurs à haute température, et même de la physique relativiste.

Pour mener leur expérience, les chercheurs ont fabriqué des circuits en aluminium au sein du laboratoire Quantum NanoFab de l’Université de Waterloo, puis les ont refroidis dans des réfrigérateurs de dilution à une température équivalente à un pour cent d’un degré au-dessus du zéro absolu. Les circuits deviennent supraconducteurs à ces températures froides, ce qui signifie qu’ils peuvent transporter un courant sans résistance ou sans perdre d’énergie. Ces circuits d’aluminium, appelés qubits supraconducteurs, obéissent aux lois de la mécanique quantique et peuvent se comporter comme des atomes artificiels.

Afin de contrôler son état quantique, les chercheurs ont envoyé des photons en utilisant des impulsions de micro-ondes dans le circuit supraconducteur et appliqué un petit champ magnétique à travers une bobine à l’intérieur du réfrigérateur à dilution. En mesurant la transmission de photons, les chercheurs ont pu définir la résonance du qubit, indiquée par la réflexion des photons hors du qubit. Habituellement, la résonance du qubit est centrée autour d’une gamme très étroite de fréquences.

« Nous avons mesuré une gamme de fréquences plus larges que la fréquence de qubit lui-même, » explique le Dr. Forn-Diaz. « Cela signifie qu’il y a une très forte interaction entre le qubit et les photons. Elle est tellement forte que le qubit est capable de voir la plupart des photons se propageant dans le circuit, ce qui est une caractéristique distinctive du couplage ultrafort dans un système ouvert. »

Pour en savoir plus :
Nature Physics- 10 octobre 2016- Ultrastrong coupling of a single artificial atom to an electromagnetic continuum in the nonperturbative regime
doi:10.1038/nphys3905

Source :
News, University of Waterloo- 12 octobre 2016
https://uwaterloo.ca/news/news/waterloo-led-experiment-achieves-strongest-coupling-between

Rédacteur :
Sophie DECAMPS – Chargée de Mission pour la Science et la Technologie à Toronto – sophie.decamps[a]diplomatie.gouv.fr