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Atom interferometry at the Heisenberg limit using an in-cavity Bose-Einstein condensate and quantum non demolition detection

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Des horloges atomiques et un système de localisation mondial de haute précision

En combinant plusieurs techniques innovantes de détection et de mesure des particules, des scientifiques financés par l'UE ont obtenu des résultats inédits de l'effet sur le système de localisation mondial et le chronométrage de haute précision.

Économie numérique

Les interféromètres sont des instruments qui reposent sur l'interférence entre des ondes électromagnétiques. Les données d'interférence ont produit des quantités utiles telles que la mesure très précise des petits déplacements et les mesures d'inertie liées à la gravité et la rotation. En matière d'atomes, des capteurs inertiels à base d'atomes neutres ultrafroids et de techniques d'interférométrie atomique ont surpassé l'interférométrie lumière conventionnelle. Les atomes froids sont des oscillateurs stables qui vibrent de façon bien définie. Leur oscillation stable facilite la prise de mesures extrêmement précises, d'où leur utilisation dans les horloges atomiques de haute précision. La sensibilité relative aux mesures de précision est limitée par le bruit quantique (ou bruit de grenaille) de la source atomique. La lumière est quantifiée, arrivant en paquets d'énergie (appelé photons). La quantification entraîne des incertitudes imprévisibles dans les propriétés de la lumière (amplitude et phase) et ce qu'on appelle le bruit quantique. Il est possible d'utiliser une technique appelée contraction de champs quantiques pour réduire l'incertitude de phase au détriment de l'incertitude d'amplitude, et limiter ainsi de façon révolutionnaire le bruit quantique. Grâce au financement du projet QNDINTERF par l'UE, des chercheurs européens ont pu combiner l'interférométrie atomique et la contraction des atomes refroidis pour obtenir une limite quantique pour la sensibilité de la mesure. Ils ont également associé ces techniques innovantes à des mesures sans démolition quantique (ou QND pour «quantum non demolition»). La plupart des techniques de quantification des particules par détection détruisent la particule lors du processus de mesure, mais les mesures QND ne le font pas. Il serait théoriquement possible de renouveler à l'infini la même expérience sur les mêmes atomes ou particules. En combinant l'interférométrie atomique à source ultra froide et des mesures de contraction et QND, les scientifiques ont obtenu une interférométrie de mesure continue à des niveaux de bruit sous la limite quantique. Ces résultats révolutionnaires s'appliquent notamment au système de localisation mondial et au chronométrage et ont des implications évidentes dans la physique des particules.

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