Superposition quantique avec un cristal de saphir

En 2023, des chercheurs de l'ETH Zurich dirigés par Yiwen Chu ont placé un cristal de saphir de 16 microgrammes dans une superposition quantique, un état dans lequel un objet existe simultanément dans plusieurs états. Cette expérience, publiée dans la revue Science, a porté sur un résonateur en saphir contenant environ 100 millions de milliards d'atomes, placé dans une superposition de deux états vibratoires opposés.

Comment la superposition a été obtenue

Le dispositif utilisait un qubit supraconducteur relié au résonateur par une fine couche piézoélectrique, qui a transmis la superposition quantique au cristal. Il s'agit d'une avancée majeure, car la masse du cristal de saphir est plus de 100 000 milliards de fois supérieure à celle de la plus grande superposition quantique observée auparavant dans des molécules.

La portée de l'expérience

Cette expérience permet à des chercheurs comme Matteo Fadel de tester le modèle d'effondrement gravitationnel de Diósi-Penrose, qui suggère que la gravité pourrait expliquer pourquoi les superpositions quantiques disparaissent à plus grande échelle. Dans ce dispositif, le cristal de saphir vibre dans deux directions opposées en même temps, remplaçant le chat « vivant et mort » de l'expérience de pensée de Schrödinger.

Défis techniques et collaboration

Les puces utilisées dans l'expérience ont été fabriquées dans les salles blanches de l'ETH Zurich et d'IBM Zurich, où un simple grain de poussière peut anéantir des mois de travail. Cela souligne la nécessité d'allier intuition théorique et précision technique. L'équipe a dû s'assurer que l'écart entre les deux états vibratoires était suffisamment grand pour être distingué du bruit de fond.

Recherches futures et implications

Cette avancée ouvre de nouvelles voies pour étudier la frontière entre physique quantique et physique classique. Les années à venir permettront peut-être de déterminer si cette approche contribue à trancher les débats sur l'endroit où les effets quantiques cessent et où commence la réalité classique.