Le 28 janvier 2025, des chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont dévoilé une nouvelle approche pour étudier l'interaction entre les atomes et la lumière, une découverte qui pourrait améliorer le développement de systèmes quantiques stables. Cette avancée a d'importantes implications pour les technologies quantiques, y compris l'informatique rapide et la communication sécurisée.
L'interaction entre les atomes et la lumière est fondamentale pour le comportement du monde physique, mais elle reste complexe à comprendre et à contrôler. La récente étude s'est concentrée sur ces interactions au sein de systèmes atomiques à plusieurs niveaux, ce qui pourrait conduire à la création d'états quantiques stables.
Traditionnellement, les scientifiques simplifient les modèles en considérant les atomes comme des systèmes à deux niveaux : niveaux de base et excités. Cependant, les véritables atomes peuvent posséder plusieurs niveaux d'énergie, compliquant ainsi la dynamique du système. L'équipe de recherche, dirigée par Ana Maria Rey de l'Université du Colorado Boulder et James Thompson du NIST, a étudié les interactions atome-lumière dans des systèmes comportant quatre niveaux d'énergie.
Utilisant des atomes de strontium disposés dans des réseaux cristallins unidimensionnels et bidimensionnels, les chercheurs se sont concentrés sur des niveaux d'énergie métastables, où les atomes peuvent résider pendant de longues périodes, permettant aux états intriqués de persister même après l'arrêt du laser. James Thompson a noté : "Nous prévoyons de créer des conditions dans notre laboratoire pour faire passer les atomes à un état excité qui existe très longtemps, permettant une interaction forte et programmable entre les atomes. Cela utilisera une transition de longueur d'onde de 2,9 microns, significativement plus grande que la distance entre les atomes dans un réseau optique."
L'équipe a également développé un modèle pour décrire la dynamique du système. Les futures investigations visent à explorer des systèmes multi-niveaux plus complexes, tels que des atomes de strontium avec jusqu'à dix niveaux fondamentaux et excités. Cette exploration pourrait ouvrir la voie à des systèmes quantiques programmables et à la distribution de l'intrication.
Comme l'a déclaré la co-auteur Sanaa Agarwal, "Nous nous rapprochons de systèmes capables de maintenir de manière stable l'intrication, une étape cruciale pour les technologies quantiques futures."