Schweizerischer Nationalfonds / Fonds national suisse: Embargo 01.02 1900 - FNS: Interactions optomécaniques

Embargo 01.02 1900 - FNS: Interactions optomécaniques

   
   Bern (ots) - 

   Embargo jusqu'au 01.02.2012, 19:00 heures 

 

   Une connexion quantique entre la lumière et le mouvement

   Des chercheurs soutenus par le Fonds national suisse (FNS) ont 
présenté un système microscopique permettant de convertir la lumière 
en une oscillation mécanique et de la reconvertir en lumière. Cette 
interaction est si puissante qu'il est possible de contrôler le 
mouvement de l'oscillateur au niveau où la mécanique quantique régit 
son comportement.

   Depuis le début du 20e siècle, on sait que le mouvement des objets
est en fin de compte régi par les lois de la mécanique quantique qui 
prédisent d'intrigants phénomènes: un objet pourrait se trouver 
simultanément en deux lieux à la fois et devrait toujours être 
légèrement en mouvement même à la température du zéro absolu - on 
parle alors d'«état quantique fondamental» de l'oscillateur. 
Cependant, les objets avec lesquels nous interagissons 
quotidiennement ne présentent jamais un tel comportement.

   Etrangeté quantique
Les effets quantiques ne peuvent effectivement s'observer que sur des
systèmes très bien isolés interagissant très peu avec leur 
environnement. Pour les objets de grande taille, l'inévitable 
interaction avec l'environnement élimine rapidement toute propriété 
quantique, dans un processus connu sous le nom de «décohérence 
quantique». Jusqu'à récemment, les scientifiques ne parvenaient à 
mettre en évidence des propriétés quantiques que dans le mouvement de
minuscules objets comme des atomes isolés ou des molécules. Sous la 
houlette de Tobias Kippenberg, une équipe de scientifiques du 
Laboratoire de photonique et de mesure quantique de l'EPFL vient de 
prouver qu'il était possible de contrôler le mouvement d'un objet, 
suffisamment grand pour être visible à l'oeil nu, au niveau où 
dominent les lois de la mécanique quantique. Pour y parvenir, ils 
éclairent l'objet en question avec une lumière laser. Les résultats 
sont publiés dans le numéro du magazine Nature* de cette semaine.

   Un anneau de lumière
Cette structure a la forme d'un donut de verre minutieusement façonné
sur une puce. Son diamètre est de 30 micromètres (environ la moitié 
du diamètre d'un cheveu), capable de vibrer à une fréquence bien 
définie. En même temps, la lumière circule le long de la 
circonférence de l'anneau comme sur un circuit de course automobile. 
La lumière exerce alors une légère pression sur la surface du verre à
cause de la courbure suivie. Cet effet, appelé «pression de 
radiation», peut devenir significatif sur ces structures car la 
lumière parcours jusqu'à un million de fois le tour de l'anneau avant
de disparaître. De façon comparable à la vibration produite lorsque 
l'on passe son doigt sur le bord d'un verre à vin, l'anneau peut 
entrer en vibration sous l'effet de la pression de radiation. En 
outre, cette dernière peut également être utilisée pour amortir les 
vibrations et réduire ainsi le mouvement oscillant.

   Froid, plus froid....
Le refroidissement est primordial pour atteindre le régime quantique 
du mouvement, qui est normalement éclipsé par les fluctuations 
thermiques aléatoires. C'est la raison pour laquelle la structure est
portée à une température inférieure à un degré au-dessus du zéro 
absolu. De plus, l'amortissement par pression de radiation produit 
par la lumière laser lancée dans le «donut» refroidit le mouvement à 
une température encore 100 fois inférieure. L'oscillateur est alors 
tellement froid qu'il passe une grande partie du temps dans son état 
quantique fondamental. En fait, l'interaction entre la lumière et le 
mouvement de l'oscillateur peut être si forte que les deux forment 
une connexion intime. Une petite excitation sous la forme d'une 
impulsion lumineuse peut être transformée intégralement en une petite
vibration, puis reconvertie à nouveau en lumière.

   Pour la première fois, cette transformation entre lumière et 
mouvement se produit pendant une période de temps suffisamment brève 
pour que les propriétés quantiques de l'impulsion lumineuse initiale 
ne soient pas perdues par décohérence pendant l'échange. En 
l'emportant sur la décohérence, les résultats actuels montrent qu'il 
est possible de contrôler efficacement les propriétés quantiques du 
mouvement de l'oscillateur et de voir les étranges prédictions de la 
mécanique quantique à l'oeuvre sur des objets fabriqués par l'homme.

   * E. Verhagen, S. Deléglise, S. Weis, A. Schliesser and T. J. 
Kippenberg (2012). Quantum-coherent coupling of a mechanical 
oscillator to an optical cavity mode. Nature sur Internet DOI: 
10.1038/nature10787
(disponible en fichier PDF auprès du FNS; e-mail: com@snf.ch)



Contact:
Professeur Tobias Kippenberg
Laboratoire de photonique et de mesure quantique
EPFL 
CH-1015 Lausanne
e-mail: tobias.kippenberg@epfl.ch
Tél.: +41 (0)21 693 44 28