«Q» dans la mécanique quantique
Le monde est en constant mouvement! Mais dans un monde dominé par les dispositifs électroniques, il est facile d'oublier que toutes les mesures impliquent le mouvement, que ce soit le mouvement des électrons à travers un transistor, ou le simple déplacement d'un élément mécanique. Selon une nouvelle recherche financée par l'UE, la mécanique quantique pourrait détenir la clé quant au moment où le mouvement ne sera plus. Les chercheurs à l'université de Vienne en Autriche et à la Technische Universität de Münich en Allemagne ont rapporté leurs résultats, qui résoudront un problème de longue haleine dans la conception des résonateurs micro- et nanoélectromécaniques, dans la revue Nature Communications. Aujourd'hui, les résonateurs micro- et nanoélectromécaniques sont utilisés de façons similaires dans les premiers détecteurs de force, mais avec beaucoup plus de puissance, dans le monde des zeptonewtons (10-21 N). Dans l'étendue des applications possibles, on compte les mesures de forces entre les molécules et les forces découlant de la résonance magnétique des électrons. L'avenir des dispositifs mécaniques de l'extrêmement petit semble brillant, toutefois, certaines de leurs applications les plus intrigantes demeurent pleinement du ressort de la recherche fondamentale. Bien que de tels capteurs soient gouvernés par la physique classique, l'empreinte du phénomène quantique sur eux est clairement visible en laboratoire. Mais il est désormais possible, voire plus intrigant, d'envisager les fluctuations quantiques intrinsèques - celles qui appartiennent au dispositif mécanique. Quelles conditions sont requises pour les observer, et que pouvons-nous apprendre lorsque nous les rencontrons? Penchons-nous sur cette récente étude qui s'est intéressée à la minimisation de la dissipation de l'énergie. Plus particulièrement, lorsque l'on pince les cordes d'un instrument de musique tel qu'une guitare, les vibrations créent des ondes acoustiques que nous entendons en tant que son. La pureté d'un ton émis est intimement relié à la décomposition de l'amplitude de la vibration; c'est-à-dire la perte mécanique d'énergie («Q») du système. Plus la qualité du facteur «Q» est grande, plus le ton est pur et le système vibrera plus longtemps avant que le son ne s'estompe. Jusqu'à présent, toutefois, restait un défi pour faire des prévisions numériques précises du «Q» accessible pour des géométries même relativement simples. L'équipe de recherche a mis au point un résolveur numérique fondé sur un élément fini capable de prévoir l'insonorisation de conception limitée de presque tous les résonateurs mécaniques arbitraires pour résoudre ce problème. «Nous calculons comment les excitations mécaniques élémentaires, ou les phonons, irradient depuis le résonateur mécanique dans les supports du dispositif», affirme Garrett Cole, chercheur principal du groupe Aspelmeyer à l'université de Vienne. L'idée se réfère à des travaux précédents effectués par Ignacio Wilson-Rae, un physicien de la Technische Universität München. En collaboration avec le groupe viennois, l'équipe a abouti à une solution numérique pour calculer cette radiation d'une simple manière qui fonctionne sur tout OP (ordinateur personnel) classique. La puissance prévisible du résolveur-Q numérique soustrait tout travail d'hypothèse actuellement impliqué (soit la fabrication de prototype d'essai et d'erreur) dans la conception de structures mécaniques résonantes. Les chercheurs font remarquer que l'échelle n'a pas d'importance et qu'il peut être appliqué à des dispositifs à l'échelle nanométrique - voire à des systèmes macroscopiques. Cette étude a été en partie financée par les projets de l'UE suivants: MINOS («Micro- and nano-optomechanical systems for ICT and QPIC»); QESSENCE («Quantum interfaces, sensors and communication based on Entanglement»); IQOS («Integrated quantum optomechanical systems»); et QOM («Quantum optomechanics: quantum foundations and quantum information on the micro- and nanoscale») MINOS et QESSENCE sont soutenus par le thème «Technologies de l'information et de la communication» du septième programme-cadre (7e PC) pour la somme de 2,27 millions d'euros et 4,7 millions d'euros respectivement. IQOS a reçu une subvention «Bourses entrantes internationales» des actions Marie Curie d'une valeur de 171,412 euros au titre du 7e PC, et QOM a obtenu une bourse de démarrage du Conseil européen de recherche de 1,67 million d'euros.Pour de plus amples informations, consulter: Université de Vienne http://www.univie.ac.at/?L=2 Technische Universität München http://portal.mytum.de/welcome/ Nature Communications http://www.nature.com/ncomms/index.html
Pays
Autriche, Allemagne