Refroidir les ondes radio jusqu’à leur état fondamental quantique


Refroidir les ondes radio jusqu'à leur état fondamental quantique

Crédit photo : Université de technologie de Delft

Des chercheurs de l’Université de technologie de Delft ont trouvé un nouveau moyen de refroidir les ondes jusqu’à leur quantique. Pour ce faire, ils ont utilisé des circuits qui utilisent un analogue de ce que l’on appelle la technologie de refroidissement laser, qui est souvent utilisée pour refroidir les échantillons atomiques. L’appareil a tiré parti d’une technique récemment développée que les chercheurs appellent le couplage de la pression des photons, qui devrait être utile pour détecter les signaux de résonance magnétique (IRM) ultra-faibles ou pour les applications de capteurs quantiques qui peuvent aider à trouver la noire. Les résultats ont été publiés dans Avancées scientifiques.

Les ondes radio que nous rencontrons normalement dans notre vie quotidienne, comme celles que nous entendons dans notre voiture ou les signaux envoyés à nos babyphones dans notre maison, sont chaudes : elles contiennent du bruit qui provient du mouvement aléatoire des atomes dans les choses, de dont ils sont diffusés, et même de l’antenne que vous utilisez pour les entendre. C’est l’une des raisons pour lesquelles vous pouvez entendre du bruit lorsque vous réglez la radio de votre voiture sur une fréquence qui n’a pas de station de radio.

Ondes de refroidissement

Une façon de réduire ce bruit est de refroidir les ondes radio, par exemple en refroidissant l’antenne qui les reçoit à une température proche du zéro absolu. Les atomes de l’antenne ne vacillent plus autant et le bruit est réduit. Il le fait dans un ordinateur quantique supraconducteur, qui est refroidi à 10 mK pour empêcher ces atomes vacillants de créer du bruit dans les signaux GHz avec lesquels ils travaillent.

« Cependant, précise Ines Rodrigues, chercheuse à la TU Delft, certaines applications comme la RMN, la détection de matière noire ou la radioastronomie s’intéressent aux signaux ultra-faibles aux fréquences MHz. Un refroidissement à 10 mK n’est pas suffisant pour ces signaux. Même à ces températures extrêmement basses, le mouvement aléatoire des atomes dans un appareil ou une antenne est suffisant pour ajouter du bruit à un signal d’onde radio. Afin de se débarrasser du bruit résiduel, il est impératif de refroidir encore plus les ondes radio. Mais comment?

Couplage de photons

Dans ce travail, les chercheurs de Delft ont trouvé une nouvelle façon de contrer le bruit des atomes vacillants. En utilisant des circuits utilisant un analogue de la technologie de refroidissement laser souvent utilisée pour refroidir les nuages ​​atomiques, les auteurs ont refroidi les signaux d’ondes radio de leur appareil jusqu’à l’état fondamental quantique. « Le bruit dominant qui reste dans le circuit n’est dû qu’aux fluctuations quantiques, le bruit qui provient des sauts quantiques étranges prédits par la mécanique quantique », explique le chef de groupe Gary Steele de la TU Delft. Le groupe de Steele est spécialisé dans les capteurs quantiques à circuits quantiques supraconducteurs.

L’appareil utilisait une technique récemment développée que les auteurs appellent le couplage de la pression des photons. Cette méthode devrait avoir des applications passionnantes dans la détection de signaux de résonance magnétique (IRM) ultra-faibles ; il pourrait être utilisé pour de nombreuses applications de traitement de l’information quantique impliquant le domaine en évolution rapide du calcul quantique. En outre, il pourrait être utilisé dans des applications dites de capteurs quantiques et aider à la recherche de matière noire, un type étrange de particule encore inconnue qui pourrait expliquer des questions ouvertes en gravité et en cosmologie.


Écoutez la radio quantique


Plus d’information:
IC Rodrigues et al., Cooling Photon Pressure Circles into the Quantum Regime, Avancées scientifiques (2021). DOI : 10.1126 / sciadv.abg6653. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg6653

Fourni par l’Université technique de Delft

Citation: Refroidissement des ondes radio à leur état fondamental quantique (2021, 15 octobre), consulté le 15 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-cooling-radio-quantum-ground-state.html

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