Des ingénieurs australiens viennent de résoudre par accident un mystère quantique vieux de 58 ans

Des ingénieurs australiens viennent de résoudre par accident un mystère quantique vieux de 58 ans

 

Il y a près de 60 ans, le physicien lauréat du prix Nobel Nicolaas Bloembergen a prédit un nouveau phénomène passionnant appelé résonance électrique nucléaire. Mais personne n’a pu le démontrer en action – jusqu’à présent.

 

Des preuves réelles de résonance électrique nucléaire ont maintenant été découvertes par accident dans un laboratoire de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) en Australie, grâce à un équipement défectueux. Cette percée donne aux scientifiques un nouveau niveau de contrôle sur les noyaux et pourrait sérieusement accélérer le développement des ordinateurs quantiques .

Au centre du phénomène se trouve l’idée de contrôler le spin d’atomes individuels en utilisant des champs électriques plutôt que magnétiques. Cela signifie une gestion plus précise et plus miniaturisée des noyaux, ce qui pourrait avoir des impacts profonds dans une variété de domaines.

“Cette découverte signifie que nous avons maintenant une voie pour construire des ordinateurs quantiques utilisant des spins à un seul atome sans avoir besoin de champ magnétique oscillant pour leur fonctionnement”, dit le physicien quantique Andrea Morello , de l’UNSW.

“De plus, nous pouvons utiliser ces noyaux comme des capteurs extrêmement précis de champs électriques et magnétiques, ou pour répondre à des questions fondamentales de la science quantique.”

Dans certaines situations, la résonance électrique nucléaire a le potentiel de remplacer la résonance magnétique nucléaire, qui est largement utilisée aujourd’hui à diverses fins: pour balayer les corps humains, les éléments chimiques, les formations rocheuses, etc.

Le problème avec l’option magnétique est qu’elle nécessite des courants puissants, de grandes bobines et un espace considérable – pensez à la taille d’un scanner IRMf à votre hôpital local, par exemple.

Non seulement cela, à certains égards, c’est aussi un peu un instrument contondant. Si vous voulez contrôler des noyaux atomiques individuels – pour l’informatique quantique , peut-être, ou de très petits capteurs – alors la résonance magnétique nucléaire n’est pas un très bon outil pour le travail.

“L’exécution de la résonance magnétique est comme essayer de déplacer une boule particulière sur une table de billard en soulevant et en secouant la table entière”, dit Morello . “Nous déplacerons la balle prévue, mais nous déplacerons également toutes les autres.”

“La percée de la résonance électrique est comme recevoir un vrai bâton de billard pour frapper la balle exactement où vous le voulez.”

C’est lors d’une expérience de résonance magnétique nucléaire que les chercheurs de l’UNSW ont brisé le puzzle posé par Bloembergen en 1961, et tout cela était dû à une antenne cassée. Après quelques égratignures sur des résultats inattendus, les chercheurs ont réalisé que leur équipement était défectueux – et démontrait une résonance électrique nucléaire.

Grâce à une modélisation informatique ultérieure, l’équipe a pu montrer que les champs électriques pouvaient influencer un noyau à un niveau fondamental, déformant les liaisons atomiques autour du noyau et le faisant se réorienter.

Maintenant que les scientifiques savent comment la résonance électrique nucléaire peut fonctionner, ils peuvent rechercher de nouvelles façons de l’appliquer. De plus, nous pouvons ajouter cela à la liste croissante des découvertes scientifiques importantes qui ont été faites par accident .

“Ce résultat historique ouvrira un trésor de découvertes et d’applications”, dit Morello . “Le système que nous avons créé est suffisamment complexe pour étudier comment le monde classique que nous vivons chaque jour émerge du royaume quantique.”

“De plus, nous pouvons utiliser sa complexité quantique pour construire des capteurs de champs électromagnétiques avec une sensibilité considérablement améliorée. Et tout cela, dans un simple appareil électronique en silicium, contrôlé avec de petites tensions appliquées à une électrode métallique.”

La recherche a été publiée dans Nature .

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