L'UdeS contribue à confirmer une théorie vieille de 20 ans

Avec des collègues suisses, le professeur Alexandre Blais dévoile dans la revue Nature une démonstration prouvant le caractère quantique d'une interaction lumière-matière sur un circuit électrique

Alexandre Blais

14 août 2008

Dominick Poisson et Robin Renaud

La théorie le suggérait depuis deux décennies, mais personne à ce jour n'en avait fourni la preuve matérielle. En juillet, une équipe internationale dont fait partie le professeur Alexandre Blais, de la Faculté des sciences, a réussi à passer de la théorie à la pratique pour créer un état quantique formé de deux particules de lumière et d'un atome artificiel, le tout dans un circuit électrique. Cette nouvelle démonstration pourrait permettre le transfert d'information quantique sous forme de lumière dans un futur ordinateur quantique. Un tel ordinateur offrirait une puissance insoupçonnée par rapport aux équipements informatiques conventionnels.

Réveiller les photons

Il est relativement facile de former une molécule à partir de particules matérielles – d'atomes. En revanche, il semble que les molécules constituées de photons – des particules de lumière – n'existent pas dans la nature puisque les photons n'interagissent que très faiblement. En confinant la lumière dans un circuit électrique formé d'un fil d'aluminium d'environ 1 cm de long, l'équipe de chercheurs a pu faire interagir fortement la lumière et la matière, ce qui a ensuite permis de faire interagir deux photons.

«Ce type d'interaction lumière-matière a déjà été observé dans plusieurs autres expériences, explique le professeur Blais. Malheureusement, certains de ces résultats pouvaient, en principe, être expliqués sans avoir recours à la mécanique quantique. En utilisant un circuit électrique pour confiner la lumière, nous obtenons une interaction lumière-matière plus forte et produisant des résultats s'expliquant uniquement par les lois quantiques. Une telle expérience était souhaitée par la communauté scientifique depuis près de 20 ans.»

«En règle générale, on étudie la mécanique quantique dans les systèmes microscopiques, ajoute le coauteur de l'article paru dans la prestigieuse revue Nature. Une particularité de cette expérience est de sonder cette théorie dans un système macroscopique, faisant près de 1 cm de long!» Pour cette expérience, l'équipe dont le laboratoire est installé à Zurich a réalisé un circuit électrique formé d'un fil de près de 1 cm près duquel un atome artificiel d'aluminium mesurant 300 sur 30 micromètres est fabriqué. Ce circuit est refroidi à environ - 273 ^oC afin d'en révéler les propriétés quantiques.

5 ans de travaux

Les calculs théoriques du professeur Blais ont été utilisés pour expliquer les résultats de l'expérience et ainsi montrer hors de tout doute la nature quantique de ce système.

C'est en 2003, à l'Université Yale, lors de son stage postdoctoral, que le professeur sherbrookois Alexandre Blais a débuté sa collaboration sur ce projet qui allait mener aujourd'hui à ces résultats éloquents. Depuis 2006, sa contribution se fait de Sherbrooke à titre de chercheur théoricien. Alexandre Blais a cosigné un article publiant ces résultats dans Nature, le 17 juillet, avec les chercheurs collaborateurs J. M. Fink, M. Göppl, M. Baur, R. Bianchetti, P. J. Leek, A. et A. Wallraff.