Pour la première fois, des chercheurs lancent et saisissent des atomes individuels avec des lasers

Une équipe de scientifiques sud-coréens est parvenue pour la première fois à lancer et « attraper » des atomes individuels extrêmement froids en utilisant des lasers finement réglés.

Atomes « volants »

Pour organiser des atomes refroidis à des températures proches du zéro absolu (-273,14 °C) selon différentes configurations, les chercheurs les attrapent et les déplacent généralement à l’aide de faisceaux laser très focalisés connus sous le nom de « pinces optiques ». Utilisées en laboratoire depuis la fin des années 1980, ces outils permettent également le piégeage et la manipulation de cibles telles que les cellules.

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Dans le cadre de travaux pré-publiés sur le serveur arXiv, Jaewook Ahn et ses collègues de l’Institut coréen des sciences et technologies avancées ont exploré une nouvelle approche permettant de minimiser la durée du contact entre ces fameuses pinces et les atomes, à même de perturber certaines propriétés de ces derniers.

Leurs expériences ont impliqué des atomes de rubidium refroidis à 40 microkevins, soit quelques millionièmes de degré seulement au-dessus du zéro absolu. À l’aide d’une première pince optique, l’équipe a ciblé un atome afin de le déplacer, tandis que l’activation d’un second faisceau laser a permis de « l’attraper au vol » et le diriger jusqu’à l’emplacement souhaité, avec une précision de l’ordre de 12,6 micromètres.

Selon Ahn, il s’agit de la première démonstration de pinces optiques n’étant plus utilisées comme « porteurs », mais comme « accélérateurs » (ou lanceurs) et « décélérateurs » (ou attrapeurs) d’atomes.

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Des implications pour l’informatique quantique

Cette méthode ouvre la voie au développement d’ordinateurs quantiques plus puissants à partir d’atomes ultrafroids. Des dispositifs dans lesquels chacune de ces particules (organisées sous forme de grilles serrées afin de faciliter leurs interactions électromagnétiques avec les atomes voisins) stockent des informations.

« Elle permettrait également de reconfigurer rapidement la grille si une erreur se produisait et qu’un atome devait être déplacé ou retiré et remplacé », commente Mark Saffman, de l’université du Wisconsin-Madison. « Habituellement, cela implique le déplacement d’une pince optique à travers de nombreux points de la grille, ce qui peut perturber les atomes qui s’y trouvent. En lançant simplement l’atome, vous résolvez le problème. »

Certains atomes utilisés lors de l’expérience n’ayant pu être capturés à l’aide de la seconde pince, Ahn et ses collègues vont continuer à affiner leur méthode au cours des prochains mois.

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