Les apprentis-sorciers de l’univers quantique

Obtenir un objet qui, simultanément, oscille et n’oscille pas, voilà qui paraît un défi au bon sens. Des chercheurs ont réussi, démontrant que les règles de la mécanique quantique peuvent s’appliquer à des objets visibles. La création du premier pont entre l’univers quantique de l’infiniment petit et le monde visible par une équipe de physiciens américains a été désignée découverte scientifique la plus significative de 2010 par la revue américaine « Science ».

Cette avancée a été révélée en mars dans le magazine britannique Nature. C’est la première fois que des chercheurs démontrent que les effets de la mécanique quantique peuvent s’appliquer à un objet visible, écrit Science dans son numéro daté de vendredi et publié en ligne jeudi.

Contrairement au monde visible, l’univers quantique voit les atomes et particules répondre à des règles imprévisibles. Ainsi, selon les lois de Newton, dans le monde visible, une pomme tombera toujours de l’arbre sur le sol.

Mais, les physiciens Andrew Cleland et John Martinis de l’Université de Californie (ouest) ont montré que le monde visible pouvait aussi subir la mécanique quantique, ouvrant la voie à des applications potentiellement révolutionnaires.

Ces chercheurs ont pu obtenir un effet quantique dans un morceau de métal assez gros pour être observé à l’oeil nu formé d’une couche de nitrure d’aluminium entre deux couches d’aluminium pur.

Etats « superposés » de la matière
Dans leur expérience, les chercheurs américains ont, à l’aide d’un microcircuit électrique supraconducteur, qui n’offre aucune résistance à très basse température, pu obtenir que leur machine oscille et n’oscille pas en même temps, un « état superposé » de l’univers quantique dans le monde du visible.

Cette « première machine quantique » de 30 microns de longueur (un micron équivaut à un millième de millimètre) est formée de matériaux semi-conducteurs qui permettent de tenter de créer des états dits « superposés » communs dans l’univers quantique, sans avoir recours à des températures si basses qu’elles sont quasiment impossibles à obtenir en pratique.

Ces « état superposés » sont apparemment des états contradictoires se produisant simultanément.

Dans l’univers quantique l’axe de rotation d’une molécule peut ainsi être orienté dans deux directions différentes en même temps.

Cette avancée, estiment-ils, pourrait avoir des applications, notamment dans l’informatique, du côté du fameux «ordinateur quantique». Surtout, elle donne un nouvel élan à tous les scientifiques, comme Arthur Penrose, qui cherchent à unifier les lois de la physique de l’infiniment petit et du visible.

La machine quantique prouve que les principes de la mécanique quantique peuvent s’appliquer tout autant au mouvement des objets macroscopiques qu’aux atomes et aux particules subatomiques. Elle est un premier pas vers la maîtrise complète des vibrations d’un objet au niveau quantique. Un tel contrôle sur un dispositif artificiel devrait permettre aux scientifiques de manipuler de minuscules déplacements comme ils savent déjà le faire pour des courants électriques ou des particules de lumière. Cette capacité pourrait à son tour mener à de nouveaux appareils contrôlant les états quantiques de la lumière, à des détecteurs de force ultrasensibles, et aboutir à des recherches sur les liaisons en mécanique quantique et sur notre sens de la réalité. Ce dernier but pourrait être atteint en essayant de placer un objet macroscopique dans un état où il se trouve littéralement à deux endroits à la fois, une expérience qui pourrait révéler pourquoi quelque chose d’aussi gros qu’un être humain ne peut être à deux endroits à la fois.

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