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Des physiciens britanniques sont parvenus à intriquer quantiquement deux horloges atomiques, promettant de rendre ces dispositifs encore plus précis en les rapprochant de la limite fondamentale fixée par la mécanique quantique.

Enchevêtrement d’horloges atomiques

Les horloges atomiques donnent l’heure en mesurant les vibrations des atomes, qui se révèlent incroyablement stables et prévisibles. Un atome de césium-133 oscille ainsi exactement 9 192 631 770 fois par seconde. Ce nombre est utilisé pour définir officiellement la seconde depuis 1967, établissant ainsi des normes nationales et internationales pour la mesure du temps.

Mais il est toujours possible de l’améliorer. Les horloges atomiques optiques, qui utilisent la lumière visible et des atomes comme l’ytterbium, ont ainsi le potentiel de surpasser celles utilisant le césium, et des physiciens d’Oxford ont récemment trouvé un moyen de les rendre encore plus précises (avec une incertitude de mesure réduite d’un facteur deux), en exploitant un étrange phénomène quantique.

L’intrication quantique implique que deux particules deviennent si inextricablement liées que la mesure ou la modification de l’une d’elles affecte instantanément sa partenaire, quelle que soit la distance qui les sépare. Pour la première fois, l’équipe britannique est parvenue à la réaliser en utilisant deux horloges quantiques, physiquement distantes d’environ deux mètres et contenant chacune un ion de strontium.

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Pour ce faire, les chercheurs ont dans un premier temps scindé un faisceau laser en deux, afin que tous les sous-faisceaux soient modulés exactement de la même manière et frappent simultanément les ions de strontium des horloges. Cette approche leur a permis d’obtenir le premier réseau quantique d’horloges atomiques intriquées.

Sonder les principales énigmes de la physique

De tels réseaux pourraient permettre de dépasser la limite quantique standard (SQL), résultant des fluctuations quantiques aléatoires qui perturbent les mesures. Au-delà, la précision pourrait commencer à se rapprocher de la limite (stricte) d’Heisenberg, fixée par les lois mêmes de la physique quantique.

Bien qu’elle soit encore hors de portée avec le dispositif spécifique utilisé, initialement conçu pour des expériences d’informatique quantique, un réseau spécialisé d’horloges atomiques enchevêtrées pourrait commencer à sonder les principales énigmes de la physique, comme les constantes fondamentales et la matière noire.

« Bien que notre résultat soit en grande partie une preuve de principe, et que la précision absolue que nous obtenons soit de quelques ordres de grandeur inférieure à la norme, nous espérons que les techniques présentées ici pourraient un jour améliorer les systèmes de pointe », estime Raghavendra Srinivas, auteur principal de l’étude, publiée dans la revue Nature. « À un moment donné, l’intrication sera nécessaire car elle offre une voie vers la précision ultime permise par la théorie quantique. »

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