Découverte d’une équipe de physiciens quantiques de l’Université d’Ottawa pour mieux observer les photons et les atomes

Publié le lundi 12 septembre 2016

Les journaux canadiens se sont récemment intéressés à la mécanique quantique lorsque le premier ministre Justin Trudeau a offert une leçon d’informatique quantique à un groupe de journalistes rassemblés au Perimeter Institute for Theoretical Physics de Waterloo. Aujourd’hui, en surmontant des difficultés inhérentes à l’étude de la mécanique quantique, le professeur de physique Jeff Lundeen et son équipe de l’Université d’Ottawa ont réalisé une découverte qui pourrait bien rendre l’informatique quantique plus accessible pour les laboratoires de recherche à l’échelle du pays – voire, un jour, pour la population générale.

Les ordinateurs quantiques défient les règles qui régissent les ordinateurs traditionnels, plongeant le système binaire composé de 0 et de 1 dans la désuétude. Ils pourraient un jour parvenir à résoudre des problèmes complexes à une vitesse phénoménale et créer des reproductions fidèles de molécules pour fabriquer des produits chimiques, médicaments et matériaux inédits.

Or, les chercheurs du domaine quantique se butent continuellement au même problème lorsqu’ils tentent d’observer des systèmes tels que les atomes, les molécules et les particules de lumière (aussi appelées photons) : il se révèle impossible de mesurer ces systèmes sans les altérer. Par exemple, lorsqu’un microscope projette des photons sur les atomes pour les repérer, il les agite (c’est ce que l’on appelle le principe d’incertitude d’Heisenberg).

Jeff Lundeen a toutefois mis au point une méthode pour observer directement les systèmes quantiques tout en évitant de les perturber. Son équipe et lui ont effectué trois observations de photons d’affilée, prélevant deux mesures « faibles » (qui consistent en une légère perturbation du système quantique – comme un proton – pour en recueillir de l’information), suivies d’une mesure normale. En répétant la manœuvre, les chercheurs peuvent obtenir suffisamment de données pour comprendre le comportement de la particule. La séquence réalisée par l’équipe de Jeff Lundeen consiste en une mesure faible de sa position, suivie d’une mesure faible de sa quantité de mouvement et, enfin, d’une mesure normale de sa position.

Ces découvertes ont permis à l’équipe de Jeff Lundeen de mesurer avec précision l’état quantique – ou fonction d’onde – de photons. Les chercheurs peuvent alors en prédire le comportement, ce qui les aide à comprendre, par exemple, la façon dont fonctionne la photosynthèse ou la raison pour laquelle un prototype d’ordinateur quantique ne fonctionne pas. Cette découverte ouvre la porte à un meilleur mappage des systèmes moléculaires et photoniques, en plus de nous rapprocher un peu plus de la réalisation des premiers ordinateurs quantiques. Jeff Lundeen dit espérer « que la découverte ouvrira de nouvelles voies de recherche vers une meilleure compréhension de la physique quantique ».

Pour de plus amples renseignements, lisez l’étude au complet (en anglais).

Personne-ressource pour les médias

Amélie Ferron-Craig
Agente de relations avec les médias
Université d’Ottawa
Cell. : 613-863-7221
aferronc@uOttawa.ca

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