Deborah Jin and Jun Ye de l’institut JILA (issu de la collaboration entre l’University of Colorado à Boulder et le NIST) viennent de publier leurs premiers résultats sur la création d’un gaz de molécules polarisées à une température proche du 0 K absolu (350 nK au-dessus du 0 K). A cette température, les molécules atteignent un niveau minimal d’énergie vibratoire et n’ont plus d’état de rotations. Elles sont alors relativement stables (plus que des atomes) et faciles à contrôler. Dans un tel gaz les molécules sont sensibles à leur environnement. Selon Jin, "à très basse température, les molécules polarisées peuvent interagir même si elles sont relativement éloignées, grâce à leur moment électrique dipolaire". Elles possèdent aussi une durée de vie relativement longue à cette échelle, de l’ordre de 30 millisecondes.

Pour créer ces molécules les chercheurs ont combiné des gaz constitués d’atomes de potassium (fermions négatifs) et de rubidium (bosons positifs). A l’aide de champs magnétiques et d’un laser de très grande précision, les atomes ont pu être assemblés à ces températures extrêmes. Les procédés utilisés reposent sur des mécanismes de la physique quantique encore peu connus (et sur des modèles encore qualitatifs) comme la condensation de Bose-Einstein (Bose-Einstein Condensation, ou BEC). Cette dernière implique notamment qu’à ces températures les atomes se comportent à l’unisson, c’est-à-dire que les fonctions d’ondes deviennent identiques pour chaque atome. Ces travaux pourraient alors permettre de mieux connaître ces mécanismes.

Un des obstacles majeurs à la conception de l’ordinateur quantique est la décohérence. Le temps de décohérence correspond pour un système quantique au temps pendant lequel ses propriétés ne sont pas corrompues par l’environnement extérieur. Or la réalisation du gaz moléculaire représente une avancée importante, car une particularité de ce gaz est la stabilité et la durée de vie de ses molécules. D’autre part, l’ordinateur quantique repose sur l’idée qu’en physique quantique deux états peuvent exister en même temps et se superposer. Les chercheurs ont alors pensé remplacer le bit conventionnel par le qubit. Ceci est défini comme une superposition de plusieurs états intermédiaires entre le "0" et le "1" pouvant être représentés par une phase. L’intérêt des molécules polarisées placées dans de telles conditions extrêmes est qu’il est possible de contrôler certains des mécanismes quantiques et donc de contrôler l’information. Selon Jin, "En appliquant un champ électrique aux molécules polarisées, il est possible d’entretenir de fortes interactions dipôle-dipôle; puis il est possible de réinitialiser le système en appliquant un nouveau champ électrique".

Outre des avancées possibles dans la réalisation de l’ordinateur quantique, ce gaz pourrait servir d’autres domaines. Il pourrait être utilisé comme un système modèle qui permettrait de comprendre des mécanismes physiques complexes. Par exemple, la supraconductivité, dont les applications à long terme incluent le transport de courants électriques quasiment sans pertes, avec une efficacité approchant les 99%. La grande stabilité du gaz moléculaire face à la décohérence quantique permettrait d’autre part d’effectuer des mesures extrêmement précises des constantes physiques de l’univers et ainsi vérifier si elles sont réellement des constantes.

Source :

– "First Ultracold Polar Molecule Gas Ready for Research" – Holly Martin – 10/29/08 – https://www.nsf.gov/discoveries/disc_summ.jsp?cntn_id=112558&org=NSF
– "CU and NIST Scientists Create First Dense Gas of Ultracold ‘Polar’ Molecules" – Laura Ost – 09/18/08 – https://www.colorado.edu/news/p/663270cf5a0b168bfcfc17575ec9fa6b.html
– "Ultra-cold Temperature Physics Opens Way To Understanding And Applications" – sciences daily – 03/09/05 – https://www.sciencedaily.com/releases/2005/02/050223130515.htm

Pour en savoir plus, contacts :

– "Ultracold Polar Molecules" : https://www.rle.mit.edu/cua/new/research/R3-polar3.asp
– Site du JILA https://jilahttps://www.colorado.edu/bec/
Code brève
ADIT : 56600

Rédacteur :

Arnaud Souillé ; [email protected]