De nouvelles recherches démontrent que les capteurs quantiques, grâce à une approche en réseau et à des techniques d'annulation du bruit, atteignent une précision supérieure dans les mesures environnementales. Crédit : Issues.fr.com
Démonstration réussie de l'annulation du bruit par spectroscopie de corrélation.
Les systèmes quantiques utilisés dans les technologies quantiques, par exemple les atomes uniques, sont également très sensibles : toute interaction avec l'environnement peut induire des modifications dans le système quantique, conduisant à des erreurs. Cependant, cette remarquable sensibilité des systèmes quantiques aux facteurs environnementaux représente en réalité un avantage unique. Cette sensibilité permet aux capteurs quantiques de surpasser en précision les capteurs conventionnels, par exemple lors de la mesure de champs magnétiques ou gravitationnels.
Suppression du bruit par spectroscopie de corrélation
Les propriétés quantiques délicates nécessaires à la détection peuvent être masquées par du bruit : des interactions rapides entre le capteur et l'environnement qui perturbent les informations contenues dans le capteur, rendant le signal quantique illisible. Dans un nouvel article, des physiciens dirigés par Christian Roos du Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck, en collaboration avec des partenaires en Israël et aux États-Unis, présentent une méthode permettant de rendre ces informations à nouveau accessibles en utilisant la « spectroscopie de corrélation ».
Jusqu'à 91 atomes forment un réseau de capteurs qui permet des mesures encore plus précises de phénomènes physiques grâce à une nouvelle méthode. Crédit : Hélène Hainzer
« Ici, l'idée clé est que nous n'utilisons pas seulement un seul capteur, mais un réseau pouvant aller jusqu'à 91 capteurs, chacun constitué d'un seul capteur. atome« , explique Helene Hainzer, la première auteure de l'article. « Puisque le bruit affecte également tous les capteurs, l’analyse simultanée des changements d’état de tous les capteurs nous permet de soustraire efficacement le bruit ambiant et de reconstruire les informations souhaitées. Cela nous permet de mesurer avec précision les variations du champ magnétique dans l’environnement, ainsi que de déterminer la distance entre les capteurs quantiques.
Au-delà de cela, la méthode est applicable à diverses autres tâches de détection et au sein de diverses plates-formes expérimentales, reflétant sa polyvalence.
La précision augmente avec le nombre de capteurs
Alors que la spectroscopie de corrélation a déjà été démontrée avec deux horloges atomiques, permettant une précision supérieure dans la mesure du temps, « nos travaux marquent la première application de cette méthode sur un si grand nombre d'atomes », souligne Christian Roos, lauréat du prix ERC.
« Afin d'établir un contrôle expérimental sur autant d'atomes, nous avons construit une toute nouvelle configuration expérimentale sur plusieurs années. »
Dans leur publication, les scientifiques d'Innsbruck montrent que la précision des mesures des capteurs augmente avec le nombre de particules dans le réseau de capteurs. Notamment, l’intrication – classiquement utilisée pour améliorer la précision des capteurs quantiques mais difficile à créer en laboratoire – ne parvient pas à offrir un avantage par rapport au réseau multi-capteurs.
Le travail a été publié dans la revue Examen physique X.
Cette étude a été financée par le Fonds scientifique autrichien FWF, le ministère fédéral autrichien de l'Éducation, de la Science et de la Recherche, l'Union européenne et la Fédération des industries autrichiennes du Tyrol, entre autres.
