Résumé :
Une équipe internationale de recherche en physique de premier plan a réalisé une avancée majeure dans le domaine de la physique quantique. Pour la première fois, il a observé en laboratoire, en temps réel et de manière non destructive, l'ensemble du processus d'un phonon unique (Phonon, la plus petite unité de base de l'énergie sonore), depuis son existence jusqu'à son atténuation complète et sa disparition. Ce résultat expérimental comble non seulement le manque d’observation dans la transformation mutuelle entre les ondes sonores macroscopiques et la mécanique quantique microscopique, mais fournit également un nouveau paradigme expérimental pour la conception de la future architecture informatique quantique et des capteurs quantiques.
Dans le monde de la physique microscopique, la lumière est quantifiée sous forme de photons, tandis que le son transmis par la vibration collective des atomes à l'intérieur des matériaux solides est quantifié en phonons. Bien que la physique moderne ait depuis longtemps prédit théoriquement et indirectement confirmé l’existence des phonons, il est extrêmement difficile de capturer et de suivre en permanence les changements dynamiques de phonons individuels dans le cadre d’expériences. Les phonons sont extrêmement sensibles aux interférences des fluctuations thermiques environnementales et des vibrations mécaniques, et leur énergie est extrêmement faible. Les méthodes de mesure traditionnelles les détruisent souvent au moment de la détection, rendant impossible l'enregistrement de leur évolution.
Pour surmonter ce problème, les chercheurs ont construit un système quantique supraconducteur hybride très sensible dans un environnement à température extrêmement basse. Dans l’expérience, les scientifiques ont utilisé des qubits supraconducteurs conçus avec précision comme sondes non invasives pour obtenir un couplage fort avec un seul mode de vibration haute fréquence piégé dans un résonateur acoustique microscopique. Dans cette configuration, le système peut surveiller en permanence l'état de la cavité résonante acoustique à l'aide d'une mesure quantique non destructive (QND), enregistrant ainsi avec précision la trajectoire microscopique d'un quantum sonore unique absorbé par le matériau et complètement dissipé à un instant précis sans détruire le phonon lui-même.
Les experts en physique ont déclaré que la possibilité de suivre des phonons individuels en temps réel marque que la recherche en acoustique quantique (Quantum Acoustics) est entrée dans une nouvelle étape de contrôle de haute précision. Les phonons ont des longueurs d'onde plus courtes et des délais de propagation de la lumière extrêmement faibles que les photons, ce qui en fait un support idéal pour connecter différents systèmes quantiques tels que les circuits de spin et supraconducteurs. La maîtrise du mécanisme microscopique de génération, d'évolution et d'annihilation des phonons présente une valeur scientifique et des perspectives d'application considérables pour développer des mémoires quantiques à ultra haute densité basées sur des ondes acoustiques de surface, surmonter le problème de la décohérence quantique et développer la prochaine génération de capteurs quantiques hautement sensibles.
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