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Des nuages d’atomes peuvent cacher leur lumière. Lorsqu’un atome passe à un état de plus basse énergie, il émet une particule de lumière appelée photon. Mais ce processus peut être retardé et les photons restent piégés à l’intérieur d’un nuage dense d’atomes, ce qui pourrait éventuellement s’avérer utile pour les dispositifs quantiques qui communiquent par la lumière.

Des dispositifs quantiques

Lorsqu’un atome absorbe un photon, l’excitant ainsi vers un état de plus haute énergie, il libère toujours ce photon et se désintègre vers son état fondamental dans un laps de temps à peu près identique. Lorsque ce processus est retardé, on parle de subradiance.
Igor Ferrier-Barbut, de l’université de Paris-Saclay (France), et ses collègues, ont induit une sous-radiance dans des nuages de 300 à 5000 atomes de rubidium en les comprimant dans un espace de moins de trois micromètres de côté. Cette compression force les atomes à agir comme un groupe, plutôt que comme des particules individuelles. L’équipe a ensuite envoyé des impulsions lumineuses sur le nuage pour exciter les atomes.
« Nous avons essayé de rendre l’échantillon aussi petit que possible, car alors un photon n’interagit pas avec un seul atome mais avec l’ensemble du nuage », explique Mme Ferrier-Barbut. Comme les atomes sont tous comprimés si près les uns des autres, ils peuvent essentiellement faire passer le photon dans les deux sens au sein du nuage. « S’il s’agissait d’une subradiance parfaite, ils pourraient échanger ce photon dans les deux sens pour toujours et le stocker », explique M. Ferrier-Barbut.
Ils ont répété cette opération des dizaines de milliers de fois, en mesurant le temps nécessaire pour que les photons soient libérés du nuage. Il a fallu jusqu’à 150 nanosecondes environ, soit six fois plus longtemps qu’il ne faut à un seul atome de rubidium pour libérer un photon. L’équipe a pu contrôler le moment où les photons ont été libérés en envoyant un laser sur ce nuage pour brouiller les atomes afin qu’ils se comportent individuellement et non en groupe.

Contrôler avec plus de précision la subradiance

La prochaine étape consiste à déterminer comment contrôler plus précisément cette subradiance afin de pouvoir l’utiliser dans des dispositifs photoniques, peut-être en plaçant les atomes dans un réseau ordonné au lieu d’un nuage. « Si vous pouvez contrôler suffisamment bien la façon dont ces atomes interagissent collectivement avec la lumière, vous pourriez avoir des applications intéressantes », déclare Ferrier-Barbut. « Vous pourriez créer des interactions lumière-matière intéressantes pour les communications quantiques ou pour interfacer avec les ordinateurs quantiques du futur. »
Cette recherche a été publiée dans Physical Review X.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay

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