Mesures quantiques dans les atomes ultrafroids
Les puces atomiques ressemblent à de minuscules boîtes d'outils expérimentales destinées à l'étude de l'univers quantique. Une puce électronique manipule les électrons qui se déplacent en tournant à l'intérieur de celle-ci alors qu'une puce atomique piège, manipule et mesure les atomes qui font du surplace à une distance microscopique de celle-ci dans un système de vide poussé. Les atomes piégés par ces puces peuvent être amenés à une température très froide dans une région au sein de laquelle leur position et leur vitesse sont contrôlés. Ces atomes ultrafroids, des éléments de gaz ultrafroids, sont utilisés dans de nombreuses expériences étudiant le traitement de l'information quantique et la métrologie quantique, ainsi que l'utilisation des techniques quantiques visant à augmenter la précision statistique des mesures. Des chercheurs européens ont lancé le projet SRAFI («Spatially resolved atom fluorescence imaging») en vue d'appliquer une nouvelle technique d'imagerie de fluorescence permettant la visualisation d'atomes simples dans l'étude des fluctuations de densité dans les gaz de Bose. Les premières études étaient axées sur l'installation réussie du détecteur d'atome simple basé sur la détection des photons éparpillés par les atomes pendant qu'ils traversent une fine pellicule de lumière en suivant leur chemin de trajectoire. L'équipe du projet SRAFI a ensuite utilisé la méthode de détection pour étudier la dégénérescence du gaz de Bose de façon quasi unidimensionnelle (1D). La dégénérescence du gaz de Bose (gaz composé de bosons qui forment un nouvel état de matière, des condensats Bose-Einstein, quand refroidis à des températures très basses) est liée à une disparition de la corrélation existant normalement entre l'emplacement probable d'une particule spécifique dans le gaz et l'emplacement d'une autre particule. En d'autres termes, les positions deviennent distinctes. Les scientifiques ont étudié les fluctuations de densité pendant le temps de vol tandis que des atomes froids de gaz de Bose 1D étaient relâchés par la puce atomique, ainsi que les processus de relaxation par collision, ces derniers donnant une idée de l'énergie et de la vitesse en optique quantique. Enfin, l'équipe a mesuré avec précision l'énergie de couplage dans les jonctions Josephson bosoniques en 1D pour les gaz ultrafroids, qui est en fait relativement difficile à mesure de manière expérimentale. Les résultats du projet SRAFI contribuent à la compréhension quantique de la matière et aux éventuelles applications futures en matière de traitement de l'information quantique.
