ARCHIVÉ - Des chercheurs canadiens découvrent une façon de mesurer directement la fonction d'onde quantique

Le Canada toujours à la fine pointe de la recherche quantique

Le 09 juin 2011 — Ottawa (Ontario)

Les scientifiques du monde entier disposent maintenant d’un nouvel outil pour étudier les unités fondamentales de la nature. Jusqu’à présent, on croyait qu’il était impossible de mesurer directement la fonction d’onde quantique, car le seul fait de l’observer la modifie.

L’équipe de chercheurs qui a réussi cet exploit se compose de Jeff S. Lundeen, Charles Bamber, Brandon Sutherland, Aabid Patel et Corey Stewart, tous de l’Institut des étalons nationaux de mesure du Conseil national de recherches du Canada (IENM-CNRC), à Ottawa. Leur méthode est publiée dans Nature.

« La fonction d’onde est sans doute la description la plus complète de l’état d’une particule. Pourtant, depuis sa création, elle échappe aux scientifiques, explique Brandon Sutherland. Nous avons éclairci la situation en montrant pour la première fois comment il est possible de l’observer directement puis de la définir. »

L’équipe a découvert qu’en déterminant la position de la particule à partir d’une mesure dite « faible », on évite la transformation que subit normalement cette particule. Le hic est qu’on obtient aussi très peu d’informations. Cependant en répétant sans cesse la mesure, on parvient éventuellement à un résultat moyen, qui correspond à la fonction d’onde proprement dite.

La fonction d’onde est le fondement même de la mécanique quantique. Chaque objet dans l’Univers a une fonction d’onde qui détermine et prédit la façon dont il réagira avec d’autres objets. On s’en sert à peu près pour tout, de la cryptographie quantique à la création de médicaments, en passant par l’informatique, la métrologie et la microélectronique. Sachant mesurer la fonction d’onde, on peut établir le lieu le plus probable où se trouvera la particule, ou la vitesse probable à laquelle elle se déplace.

« La fonction d’onde embrasse l’idée que chaque particule est également une onde, déclare Jeff S. Lundeen. Cette onde ressemble aux rides qui se déplacent de l’endroit où un caillou s’est enfoncé dans l’eau. La particularité de la fonction d’onde est que, contrairement à celle qui progresse sur l’eau, le simple fait de l’observer la modifie, ce qui rend toute opération de mesure particulièrement délicate. »

L’élaboration de cette méthode de mesure directe pourrait aider les scientifiques à concevoir de meilleurs médicaments et composés chimiques, ou à bâtir des processeurs plus rapides pour les ordinateurs dans les décennies à venir. La découverte maintient le Canada à la fine pointe du développement des ordinateurs quantiques, dont la fabrication fait actuellement l’objet d’une course entre les physiciens de la planète. Un ordinateur quantique permettrait de résoudre des problèmes insolubles pour l’ordinateur ordinaire, notamment briser les codes de cryptage.

Plus sur le sujet

• Direct measurement of the quantum wavefunction (en anglais seulement)

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