Un très grand contrôle optique d'oscillateurs mécaniques quantiques
Le couplage optomécanique, c'est-à-dire le couplage entre la lumière et le mouvement mécanique, permet l'accord optique des oscillateurs avec une précision élevée et à haute fréquence. Dans le cadre du projet USOM financé par l'UE, des chercheurs se sont efforcés de faciliter un couplage optomécanique très fort en exploitant la pression de radiation dans le but de contrôler l'oscillation mécanique à l'échelle quantique. Les chercheurs ont également exploré pour la première fois des possibilités d'utilisation des systèmes plasmoniques de champs électromagnétiques confinés à des volumes nanoscopiques dans des expériences et des dispositifs optomécaniques quantiques. La réduction de la taille des systèmes permet d'optimiser la force du couplage. Les scientifiques ont utilisé des modèles de méthode des éléments finis pour concevoir des résonateurs toroïdaux en silice miniatures soutenus par des «poutres» de masse très réduite et présentant des pertes très basses. Les cavités en cristal photonique en 2D ont produit un couplage record entre les modes de cavité optique et le déplacement des modes acoustiques (oscillations mécaniques à haute fréquence). La conception reposant sur des poutres et la faible masse ont permis le refroidissement par pression de radiation du mode de l'oscillateur à l'état quantique fondamental. Finalement, les chercheurs ont pu démontrer le contrôle optique sur l'état de mouvement quantique dans l'oscillateur mécanique et optimiser la fonction optomécanique. Ils ont ensuite exploité le système dans de nouveaux protocoles expérimentaux quantiques élaborés dans le cadre du projet. Les techniques ont conjointement rendu possible le refroidissement des systèmes optomécaniques à l'état quantique. En outre, ces méthodes novatrices ont permis le contrôle et la lecture de l'état de mouvement quantique dans des oscillateurs mécaniques. Un deuxième axe de recherche a débouché sur des expériences révolutionnaires qui ont exploré l'intégration d'un résonateur plasmonique dans un oscillateur nanomécanique. La résonance plasmonique est un phénomène d'ondes oscillantes de densité de charge électronique confinée à un espace extrêmement réduit. Les scientifiques ont employé un résonateur plasmonique comme transducteur du mouvement nanomécanique afin de pouvoir lire le mouvement thermique de l'oscillateur. Le projet USOM a contribué à des avancées révolutionnaires dans le domaine du couplage optomécanique et du contrôle optique sur l'état quantique fondamental de mouvement des oscillateurs. La technologie et les techniques mis au point dans le cadre de ce projet favoriseront également l'élaboration de dispositifs novateurs dans des domaines tels que la détection et le traitement des signaux.