Des scientifiques découvrent une façon entièrement nouvelle de mesurer le temps

Si les montres GPS et les horloges atomiques offrent aujourd’hui une mesure ultraprécise du temps, leur principe de fonctionnement fondamental est le même que celui du cadran solaire, apparu il y a plus de 5 000 ans. Des scientifiques suédois et estoniens ont récemment dévoilé une approche entièrement nouvelle, exploitant des « bizzareries quantiques ».

Montre quantique

Toutes les horloges conventionnelles fonctionnent en mesurant le temps nécessaire à la complétion d’un cycle prédéfini, ou la période entre deux intervalles. Cela inclut le mouvement de balancier complet d’un pendule ou le temps écoulé entre la position de départ et d’arrivée d’une personne courant sur une piste. Si cette approche fonctionne, des chercheurs des universités d’Uppsala et de Tartu ont conçu un dispositif ne nécessitant aucun point de référence initial (ou temps zéro).

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L’équipe, dont les travaux ont été publiés dans la revue Physical Review Research, est rapidement arrivée à la conclusion que le meilleur moyen d’y arriver était d’utiliser des atomes de Rydberg. Un état de haute énergie dans lequel leurs électrons excités sont poussés très loin de leur noyau, pouvant être obtenu en utilisant des lasers.

Des recherches antérieures avaient montré que plusieurs atomes de Rydberg proches créaient des interférences générant des motifs d’ondulation uniques dans la « mare quantique », pouvant être utilisés comme marqueurs temporels précis. Pour cette nouvelle étude, les physiciens ont excité des atomes d’hélium jusqu’à l’état de Rydberg à l’aide d’un laser, pendant qu’un second, tirant de courtes impulsions de lumière ultraviolette, mesurait leur spectre.

Il s’est avéré que le dispositif pouvait effectuer des mesures jusqu’à 81 picosecondes (un millième de milliardième de seconde) et ses erreurs ne dépassaient pas 8 femtosecondes (un millionième de milliardième de seconde).

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Des empreintes uniques

« Nous montrons que les oscillations résultant d’un ensemble d’états Rydberg hautement excités peuvent donner lieu à une structure d’interférence unique qui ne se répète pas pendant la durée de vie du paquet d’ondes », expliquent les chercheurs. « Ces empreintes uniques déterminent le temps écoulé depuis la formation du paquet d’ondes et permettent de s’assurer que le temps mesuré est correct. »

L’équipe insiste sur le fait qu’il s’agit d’une montre quantique et non d’une horloge : elle ne compte pas les unités de temps mais affiche seulement l’heure, pouvant être déduite à partir de la structure d’interférence.

Selon les chercheurs, cette nouvelle approche pourrait notamment être utilisée pour mesurer et coordonner avec une grande précision temporelle les processus de systèmes exploitant la mécanique quantique.

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