L'optomécanique simule les réseaux de graphène
Le contrôle précis des oscillateurs micromécaniques est fondamental pour de nombreuses technologies contemporaines, de la détection et du chronométrage aux filtres radiofréquences des smartphones. Au cours de la dernière décennie, le contrôle quantique des systèmes mécaniques a été fermement établi avec les atomes, les molécules et les ions dans la première vague de développement et les circuits supraconducteurs dans la deuxième révolution quantique.
Un réseau de graphène optomécanique à circuit supraconducteur.
Andrea Bancora (EPFL), CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)
Cette évolution a notamment été catalysée par l'optomécanique des cavités. Ce domaine nous a permis de contrôler des objets mécaniques mésoscopiques avec une force de pression de rayonnement électromagnétique. Cela a considérablement amélioré notre compréhension de leur nature quantique, ce qui a permis une multitude d'avancées, notamment le refroidissement de l'état fondamental, la compression quantique et l'intrication à distance d'oscillateurs mécaniques.
Des études théoriques pionnières ont prédit qu'il était possible d'accéder à une physique beaucoup plus riche et à de nouvelles dynamiques dans les réseaux optomécaniques, y compris la dynamique collective quantique et les phénomènes topologiques. Mais la reproduction expérimentale de tels dispositifs sous un contrôle élevé, ainsi que la construction de treillis optomécaniques pouvant accueillir de multiples degrés de liberté optiques et mécaniques couplés, ont constitué un défi.
Les chercheurs du groupe de Tobias J. Kippenberg à la Faculté des Sciences de Base de l'EPFL ont maintenant construit le premier réseau optomécanique configurable à grande échelle pour circuit supraconducteur qui peut surmonter les défis de mise à l'échelle des systèmes optomécaniques quantiques. L'équipe a réalisé un réseau optomécanique en graphène tendu et a étudié les états topologiques marginaux non triviaux à l'aide de nouvelles techniques de mesure. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature.
L'élément clé, qui fait partie du site unique du réseau, est un condensateur dit "à vide", constitué d'un mince film d'aluminium suspendu au-dessus d'une tranchée dans un substrat de silicium. Il constitue la partie vibrante du dispositif et forme en même temps un circuit hyperfréquence résonnant avec une inductance en spirale.
"Nous avons mis au point une nouvelle technique de nanofabrication pour les systèmes optomécaniques à circuit supraconducteur, avec une grande reproductibilité et des tolérances extrêmement serrées sur les paramètres des dispositifs individuels", explique Amir Youssefi, qui a dirigé le projet. "Cela nous permet de concevoir les différents sites pour qu'ils soient pratiquement identiques, comme dans un réseau naturel."
Le réseau de graphène est bien connu pour présenter des propriétés topologiques non triviales et des états de bord localisés. Les chercheurs ont observé de tels états dans ce qu'ils appellent un "flocon de graphène optomécanique", composé de vingt-quatre sites.
"Grâce à la boîte à outils optomécanique intégrée, nous avons été en mesure d'imager directement et de manière nonperturbative les formes des modes électromagnétiques collectifs dans de tels treillis", explique Andrea Bancora qui a contribué à la recherche. "C'est une caractéristique unique de cette plateforme".
Les mesures de l'équipe correspondent étroitement aux prédictions théoriques, ce qui montre que leur nouvelle plateforme est un banc d'essai fiable pour étudier la physique topologique dans les treillis unidimensionnels et bidimensionnels.
"En ayant accès à la fois aux niveaux d'énergie et aux formes des modes de ces excitations collectives, nous avons pu reconstruire l'ensemble du hamiltonien sous-jacent du système, ce qui a permis d'extraire entièrement le désordre et les forces de couplage dans un réseau supraconducteur pour la première fois", explique Shingo Kono, un autre membre de l'équipe de recherche.
La démonstration de treillis optomécaniques permet non seulement d'étudier la physique des corps multiples dans de telles réalisations de modèles de treillis de matière condensée, mais elle ouvrira également la voie à de nouveaux systèmes quantiques hybrides lorsqu'ils seront combinés à des qubits supraconducteurs.
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.
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