Les microcavités comme plateforme de capteurs

Nouveau concept pour un capteur quantique de haute précision

08.04.2022 - Autriche

Les capteurs sont un pilier de l'internet des objets, fournissant les données permettant de contrôler toutes sortes d'objets. Ici, la précision est essentielle, et c'est là que les technologies quantiques pourraient faire la différence. Des chercheurs d'Innsbruck et de Zurich démontrent aujourd'hui comment des nanoparticules dans de minuscules résonateurs optiques peuvent être transférées en régime quantique et utilisées comme capteurs de haute précision.

Les progrès de la physique quantique offrent de nouvelles possibilités d'améliorer considérablement la précision des capteurs et de permettre ainsi de nouvelles technologies. Une équipe dirigée par Oriol Romero-Isart, de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences et du département de physique théorique de l'université d'Innsbruck, et une équipe dirigée par Romain Quidant de l'ETH Zurich proposent aujourd'hui un nouveau concept de capteur quantique de haute précision. Les chercheurs suggèrent que les fluctuations de mouvement d'une nanoparticule piégée dans un résonateur optique microscopique pourraient être réduites de manière significative en dessous du mouvement du point zéro, en exploitant la dynamique rapide et instable du système.

Une particule prise entre deux miroirs

L'écrasement mécanique quantique réduit l'incertitude des fluctuations du mouvement en dessous du mouvement du point zéro, et il a été démontré expérimentalement dans le passé avec des résonateurs micromécaniques dans le régime quantique. Les chercheurs proposent maintenant une nouvelle approche, spécialement adaptée aux systèmes mécaniques en lévitation. "Nous démontrons qu'une cavité optique bien conçue peut être utilisée pour comprimer rapidement et fortement le mouvement d'une nanoparticule en lévitation", explique Katja Kustura de l'équipe d'Oriol Romero-Isart à Innsbruck. Dans un résonateur optique, la lumière est réfléchie entre des miroirs et interagit avec la nanoparticule en lévitation. Cette interaction peut donner lieu à des instabilités dynamiques, qui sont souvent considérées comme indésirables. Les chercheurs montrent maintenant comment elles peuvent au contraire être utilisées comme une ressource. "Dans le présent travail, nous montrons comment, en contrôlant correctement ces instabilités, la dynamique instable d'un oscillateur mécanique à l'intérieur d'une cavité optique qui en résulte conduit à un écrasement mécanique", explique Kustura. Le nouveau protocole est robuste en présence de dissipation, ce qui le rend particulièrement réalisable en optomécanique lévitée. Dans l'article, publié dans la revue Physical Review Letters, les chercheurs appliquent cette approche à une nanoparticule de silice couplée à une microcavité par diffusion cohérente. "Cet exemple montre que nous pouvons comprimer la particule de plusieurs ordres de grandeur sous le mouvement du point zéro, même en partant d'un état thermique initial", se félicite Oriol Romero-Isart.

Ces travaux offrent une nouvelle utilisation des cavités optiques comme compresseurs mécaniques quantiques et suggèrent une nouvelle voie viable en optomécanique lévitée, au-delà du refroidissement quantique de l'état fondamental. Les micro-résonateurs offrent ainsi une nouvelle plateforme intéressante pour la conception de capteurs quantiques, qui pourraient être utilisés, par exemple, dans des missions satellitaires, des voitures à conduite autonome et en sismologie. Les recherches menées à Innsbruck et à Zurich ont été soutenues financièrement par l'Union européenne.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

Publication originale

Mechanical squeezing via unstable dynamics in a microcavity. Katja Kustura, Carlos Gonzalez-Ballestero, Andrés de los Ríos Sommer, Nadine Meyer, Romain Quidant, Oriol Romero-Isart. Phys. Rev. Lett. 128, 143601

https://www.chemeurope.com/fr/news/1175571/les-microcavites-comme-plateforme-de-capteurs.html