Manipuler les atomes pour un meilleur monde macroscopique
Un réseau optique se forme à l'intersection de faisceaux laser en superposition. Le modèle spatial spécifique en résultant permet de piéger les atomes neutres qui se refroidissent et se lient dans des lieux qui ressemblent à un réseau de cristal. Ces atomes peuvent ensuite être mis en mouvement sous la forme d'un tunnel quantique, où une particule peut passer à travers un obstacle normalement impossible à surmonter. Des atomes ultrafroids dans des réseaux optiques constituent d'excellents bancs d'essai pour des modèles de matière condensée. Un parfait exemple est la supraconductivité à haute température, que l'on voit dans des matériaux à température de transition supraconducteur (Tc) au dessus de -243,2 degrés Celsius. La recherche dans ce domaine ces dernières années a révélé que les gaz quantiques froids évoluent en un outil pour la physique quantique et des états solides à plusieurs corps. Les faisceaux lasers permettent de contrôler de nombreux paramètres (tels que la profondeur et l'espacement des réseaux). La possibilité de détecter et de manipuler des atomes individuels sur leurs sites de réseaux offrent le potentiel de concevoir une toute nouvelle génération d'expérience dans les domaines de l'information et la simulation quantique. Le projet Addressing («Ultracold quantum gases in optical lattices with single site addressability») a proposé d'utiliser un système de lentille spécialement conçue pour observer et manipuler la densité, la structure du spin et les corrélations à l'échelle du site du réseau. Ce projet financé par l'UE a conçu et implémenté un cadre expérimental pouvant résoudre et traiter des sites de réseaux simples. Les chercheurs se sont tout d'abord concentrés sur l'assemblage et les tests du cadre de vide, et ont produit des échantillons atomiques ultrafroids puis développé et testé un système d'imagerie haute résolution personnalisé. Ce dernier a permis d'atteindre un point important à l'interface entre les atomes froids et la matière condensée, à savoir l'imagerie résolue à atome unique d'un système quantique fortement corrélé à plusieurs corps. Ceci a été possible en réalisant l'imagerie de ce que l'on appelle l'état d'isolation des réseaux optiques où les atomes, grâce à la répulsion de la mécanique quantique agissant sur eux, sont arrangés dans des états de nombres d'occupation bien définis. Des images résultantes ont montré chaque atome individuel, et ont permis pour la première fois d'observer les défauts qui se forment en raison de la température finie de l'échantillon. Il est essentiel de pouvoir déterminer la température dans les réseaux optiques de manière fiable pour faire progresser d'autres phases quantiques insaisissables de grande importance. Ce développement ouvre la voie à la manipulation de l'état des atomes individuels dans un réseau optique et pourrait fournir la base d'une architecture de calcul quantique avec des centaines de qubits (des unités d'informations quantiques) traitables sur une base individuelle. Le traitement des résultats offre de nombreuses possibilités pour étudier le phénomène d'équilibre afin d'observer l'évolution d'un système.
