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Les physiciens développent un «microphone quantique» capable de mesurer des particules sonores individuelles

Les physiciens développent un «microphone quantique» capable de mesurer des particules sonores individuelles

Les particules de son appelées phonons sont des paquets d'énergie vibrationnelle émis par les atomes. Selon leurs fréquences, ils se manifestent sous forme de son ou de chaleur.

Tout comme les photons, qui sont les porteurs quantiques de la lumière, les phonons sont quantifiés. Leurs énergies vibratoires ont des valeurs discrètes.

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Impossible de mesurer les états de phonons

Cependant, jusqu'à présent, il a été impossible de mesurer les états de phonons. En effet, les différences d'énergie entre les états sont incroyablement faibles. Tout cela a peut-être changé.

Les physiciens de Stanford ont développé un "microphone quantique" capable de mesurer les phonons. L'appareil peut voir l'introduction d'ordinateurs quantiques qui fonctionnent en manipulant le son plutôt que la lumière, ce qui les rend plus petits et plus efficaces.

«Nous nous attendons à ce que cet appareil autorise de nouveaux types de capteurs quantiques, de transducteurs et de dispositifs de stockage pour les futures machines quantiques», a déclaré Amir Safavi-Naeini, directeur de l'étude, professeur adjoint de physique appliquée à la School of Humanities and Sciences de Stanford.

Le dispositif a été qualifié de "microphone le plus sensible au monde" et consiste en une invention capable de mesurer les états de Fock, et donc le nombre de phonons. Les états Fock représentent l'énergie d'un système mécanique.

Ces états sont exprimés en fonction du nombre de phonons qu'ils génèrent. Par exemple, un "état 1 Fock" consiste en un phonon d'une énergie particulière. Plus l'état de Fock est élevé, plus le son est fort.

"La mécanique quantique nous dit que la position et l'élan ne peuvent pas être connus avec précision - mais cela ne dit rien de tel sur l'énergie", a déclaré Safavi-Naeini. "L'énergie peut être connue avec une précision infinie."

Les physiciens ont conçu un microphone quantique composé de résonateurs nanomécaniques surfondus couplés à un circuit supraconducteur contenant des paires d'électrons qui se déplacent sans résistance. Le circuit forme un bit quantique qui peut être lu électroniquement.

Nouveaux types d'appareils

C'est passionnant car la maîtrise de la capacité de générer et de détecter des phonons pourrait conduire à de nouveaux types d'appareils capables de stocker et de récupérer des informations codées sous forme de particules de son au lieu de lumière. Ces appareils seraient plus compacts et efficaces que les machines quantiques qui utilisent des photons car les phonons sont plus faciles à manipuler et ont des longueurs d'onde beaucoup plus petites que les particules lumineuses.

"À l'heure actuelle, les gens utilisent des photons pour coder ces états. Nous voulons utiliser des phonons, ce qui apporte de nombreux avantages", a déclaré Safavi-Naeini. "Notre appareil est une étape importante vers la création d'un ordinateur" mécanique quantique "."

L'appareil est détaillé dans une étude du journalLa nature.


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