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Première photographie d'un atome neutre isolé !

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Alors qu'ils travaillaient sur des atomes de rubidium 85 piégés et refroidis à l'aide d'un piège magnéto-optique et d'un laser, des physiciens ont réalisé qu'ils pouvaient capturer et photographier un atome unique. C'est une première mondiale.

Une image de l'atome de rubidium 85 dans son piège. © université d'Otago

Depuis plus de 10 ans, notamment lorsque l'on a réalisé des condensats de Bose-Einstein en 1995, le domaine des atomes ultrafroids est particulièrement étudié de par le monde. Il faut dire qu'ils permettent de construire des horloges atomiques très précises pour tester des théories physiques fondamentales. Ils peuvent aussi servir de simulateurs quantiques pour étudier les transitions dans les superfluides ou encore à explorer des voies de réalisations d'ordinateurs quantiques.

Une découverte inattendue

Une équipe de chercheurs de l'université d'Otago en Nouvelle-Zélande, dirigée par Mikkel Andersen, était en train de piéger des groupes d'atomes de rubidium 85 neutres dans un piège magnéto-optique (le même que l'on utilise pour piéger des molécules de Rydberg) quand ils ont découvert, à leur grand étonnement, qu'ils pouvaient en fait isoler un seul atome dans le piège à l'aide d'un laser.

Remarquablement, il devenait alors possible, à l'aide d'une lentille asphérique à grande ouverture numérique, de former une image de cet atome neutre. L'ensemble n'avait jamais été fait auparavant, même si l'on savait déjà isoler avec un taux de réussite de 50 % environ certains atomes neutres.

De gauche à droite Tzahi Grünzweig, Matt McGovern, Andrew Hilliard et le chef de l'équipe, Mikkel Andersen, devant l'équipement laser qu'ils utilisent pour piéger des atomes neutres. © Stephen Jaquiery

Vers un ordinateur quantique performant ?

La performance est intéressante à plus d'un titre car les chercheurs travaillent maintenant à la possibilité d'établir une intrication quantique entre des atomes ainsi piégés. L'intrication entre atomes peut ne pas seulement servir à faire de la téléportation quantique. On sait en effet que si l'on arrivait à avoir un système d'au moins 30 atomes intriqués, et pourvu que l'on sache contourner le sempiternel obstacle de la décohérence quantique, on serait en présence d'un ordinateur quantique dont les performances dépasseraient celles des ordinateurs classiques jusqu'ici construits par l'Humanité.

On n'en est pas encore là, mais les chercheurs sont déjà capables de piéger 10 atomes de rubidium 85. On pourra trouver plus de détails sur ce qu'ont fait les physiciens du Laboratoire de physique atomique de l'université d'Otago dans un article récemment publié dans Nature.