Nous sommes constitués non seulement d’atomes mais de particules subatomique plus petites que ces atomes telles que l’électron, le proton ou le neutrino (voir article antérieur). Or celles-ci peuvent être simultanément dans différents états. C’est que l’on nomme le principe de superposition. De plus, le principe de superposition ne se limite pas à deux états. Quand un électron tourne autour d’un proton dans l’atome d’hydrogène, il est sur tous les points de son orbite en même temps et pas simplement en un point A ou en un point B ou en un point C. De même, si un électron peut aller à 2000 km/s ou à 1000 km/s, il va à ces deux vitesses à la fois. Les états sont dits « superposés ».
Si nous n’étions constitués que d’un seul proton, nous bénéficierions du principe de superposition, pouvant être en même temps ici et là bas et nous enfuir à plusieurs vitesses à la fois. Ce serait commode pour des cambrioleurs. Mais ce n’est pas le cas. La question se pose donc de savoir à quel moment nous cessons d’être soumis aux lois de la physique quantique pour être obligés d’obéir à celles de la physique ordinaire dite aussi macroscopique.
Pour le savoir, des physiciens de l’École polytechnique fédérale de Zurich ont travaillé avec un cristal oscillant faisant office de circuit supraconducteur. Ils ont ainsi réalisé l’équivalent d’un bit quantique — ou qubit — qui peut prendre les états logiques « 0 » ou « 1 » ou même une superposition de ces états « 0 + 1 ».
Entre le cristal et le circuit, se trouve un matériau piézoélectrique qui crée un champ électrique lorsque le cristal change de forme en oscillant. Ce champ électrique peut être couplé au champ électrique du qubit. Ainsi peut-être transféré l’état de superposition du qubit au cristal, en faisant apparaître concrètement comment se manifeste cet état.
Référence
Schrödinger cat states of a 16-microgram mechanical oscillator
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf7553
20 Apr 2023
Vol 380, Issue 6642 pp. 274-278Schrodinger’s cats, kittens, and lions
The idea of Schrodinger’s cat being both alive and dead at the same time—its fate revealed only upon inspection—came from a thought experiment that pointed out an absurdity in the interpretation of quantum mechanics at the time. However, because such superposition states have now been prepared in many different quantum systems, the question is where do the classical and quantum worlds part company? Bild et al. prepared, observed, and controlled cat states of a 16-microgram mechanical resonator. Being able to control the size of the superposition states, they effectively created a menagerie of quantum states, thus providing a platform to explore the boundary between the quantum and classical behavior. —ISO
Abstract
According to quantum mechanics, a physical system can be in any linear superposition of its possible states. Although the validity of this principle is routinely validated for microscopic systems, it is still unclear why we do not observe macroscopic objects to be in superpositions of states that can be distinguished by some classical property. Here we demonstrate the preparation of a mechanical resonator in Schrödinger cat states of motion, where the ∼1017 constituent atoms are in a superposition of two opposite-phase oscillations. We control the size and phase of the superpositions and investigate their decoherence dynamics. Our results offer the possibility of exploring the boundary between the quantum and classical worlds and may find applications in continuous-variable quantum information processing and metrology with mechanical resonators.
Europe Solidaire 