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Cette actualité a été publiée le 28/06/2011 à 21h16 par Tanka.


FAITS SAILLANTS - PERCÉE MAJEURE EN RECHERCHE QUANTIQUE

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Faits saillants - Percée majeure en recherche quantique

 
Les chercheurs du monde entier disposent désormais d'une nouvelle méthode leur permettant d'étudier les plus petites particules de la nature, que gouvernent les lois de la mécanique quantique. En effet, dans une étude récente publiée (en anglais) dans Nature, des scientifiques du CNRC exposent une méthode pour mesurer directement la « fonction d'onde » d'un photon, qui permet de découvrir pratiquement tout ce qu'on a besoin de savoir sur ce système mécanique quantique.

Inventée au début du siècle dernier, la mécanique quantique décrit l'univers microscopique de systèmes très simples réunissant un petit nombre de particules élémentaires, tels les photons, les atomes ou les électrons. Grâce à la mécanique quantique, les scientifiques peuvent étudier des phénomènes impossibles à décrire de manière satisfaisante avec la mécanique newtonienne – une théorie expliquant les phénomènes observés dans notre univers quotidien, par exemple comment se déplace une balle de baseball ou pourquoi la Terre tourne autour du Soleil.

La fonction d'onde figure au coeur même de la mécanique quantique. « Chaque objet dans l'univers possède une fonction d'onde quantique qui détermine et prévoit son comportement et sa réaction par rapport à d'autres objets », explique Jeff Lundeen, de l'Institut des étalons nationaux de mesure du CNRC, à Ottawa.

Connaissant la fonction d'onde d'un objet, il est possible de calculer le lieu le plus probable où se trouvera une particule ou la vitesse à laquelle elle se déplace. Ces données trouvent application dans tout, du calcul quantique et de la métrologie à la conception de médicaments et à la microélectronique.

« La fonction d'onde part de l'idée que chaque particule est aussi une onde », ajoute M. Lundeen, qui a dirigé l'équipe de recherche du CNRC en tandem avec Charles Bamber. « Cette onde ressemble beaucoup aux rides qui voyagent sur l'eau d'un étang dans lequel on a lancé un caillou. Une particularité de la fonction d'onde cependant est que l'observer suffit à la modifier, ce qui n'est pas le cas pour les rides troublant l'eau. C'est pourquoi il est si difficile de la mesurer. »

Le principe d'incertitude d'Heisenberg

En raison du principe d'incertitude d'Heisenberg voulant que plus on mesure avec précision l'emplacement d'une particule, plus la mesure de son mouvement gagne en imprécision, les scientifiques ont longtemps cru que la fonction d'onde était un outil mathématique d'abstraction pure.

Cependant, grâce à la technique dite de la « mesure faible », l'équipe du CNRC a démontré qu'on peut apprendre quelque chose de la fonction d'onde d'un photon sans l'altérer. « Le hic est qu'on obtient très peu d'information d'un seul photon. Néanmoins, si on répète encore et encore la mesure sur des photons identiques, au bout du compte, on obtient la fonction d'onde moyenne », poursuit M. Lundeen.

L'informatique quantique et la fonction d'onde

Envisagé pour la première fois il y a environ 50 ans, l'ordinateur quantique fonctionnerait différemment de l'ordinateur usuel en faisant transporter l'information par un photon ou un atome. « En informatique quantique, la fonction d'onde jouerait un rôle très explicite, en ce sens qu'on la manipulerait et s'en servirait pour traiter l'information », déclare Jeff Lundeen, du CNRC.

« L'ordinateur quantique recourt à la mécanique quantique pour résoudre les problèmes de calcul qui échappent à l'ordinateur ordinaire, ajoute-t-il. Il pourrait s'agir, par exemple, de modéliser le comportement de petites molécules comme celles d'un médicament, qui est un assemblage d'atomes, chacun possédant sa propre fonction d'onde. » Les interactions de ces diverses fonctions d'onde déterminent la manière dont agit le médicament.

Selon M. Bamber, la méthode imaginée par l'équipe du CNRC pourrait s'appliquer à n'importe quelle particule microscopique. « Si la méthode permet de calculer la fonction d'onde d'un photon, il n'y a aucune raison de croire qu'elle ne fonctionnera pas avec d'autres particules. »

L'élaboration de cette méthode de mesure directe pourrait aboutir à la conception de meilleurs médicaments et composés chimiques, voire à la fabrication de processeurs plus rapides dans les décennies à venir.

Cette découverte du CNRC maintient aussi le Canada à la fine pointe du développement des ordinateurs quantiques. De tels ordinateurs parviendraient à résoudre des problèmes insolubles pour l'ordinateur ordinaire, notamment le déchiffrement de codes de cryptage.
 

Un article publié par Nrc-cnrc.gc

 

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Source : www.nrc-cnrc.gc.ca