Des objets macroscopiques dans le régime quantique

Reconnue comme un jalon par la revue Nature, l'opto-mécanique en cavité exploite l'interaction entre les photons et les miroirs dans les expériences de petite envergure. Elle permet d'étudier des objets macroscopiques dans un régime où les effets quantiques sont apparents. Elle a également des applications pratiques dans les domaines comme la détection et la photonique sur silicium.

Un protocole expérimental commun exploite une minuscule cavité optique qui confine la lumière dans toutes les directions, associées à un oscillateur mécanique. La pression de radiation, la pression exercée sur une surface exposée aux rayonnements électromagnétiques, peut être utilisée pour refroidir un résonateur mécanique pour l'état fondamental quantique de mouvement. Ce système était le centre d'intérêt du projet QPOS («Quantum phenomena in optomechanical systems»), financé par l'UE.

Toutes les expériences ont associé le refroidissement cryogénique passif au refroidissement optique. L'équipe a développé une nouvelle configuration composée d'un nanofaisceau de nitrure de silicium électromagnétiquement ou, plus spécifiquement, de manière évanescente associée à un résonateur de micro-disque de silicium. Cette configuration a été démontrée à une coopérativité élevée sans précédent, une mesure de force de couplage, qui permet un nombre d'expériences différentes.

En exploitant ce système, l'équipe a mené une longue étude associée au refroidissement de réaction. C'est une technique qui utilise le déplacement de l'oscillateur pour administrer une force associée à l'oscillateur dans une boucle de rétroaction. Les scientifiques sont parvenus à refroidir le mode mécanique fondamental d'une nanocorde de cinq à dix phonons, une mesure d'oscillations collectives dans la matière condensée. Les résultats sont préparés sous la forme d'un manuscrit.

Dans d'autres expériences, l'équipe a démontré le réchauffement considérable dû à l'absorption optique qui doit être réduite pour un protocole plus simple. Les chercheurs ont également développé une configuration et des calculs théoriques pour étudier une autre source de pertes mécaniques, à savoir la dispersion de phonons et l'adsorption. Cette configuration est composée d'un résonateur opto-mécanique avec de faibles pertes de verrouillage. Elle sera bientôt appliquée aux expériences à basse température.

QPOS a rencontré un franc succès dans le développement de configurations innovantes pour l'étude des interactions opto-mécaniques à la transition du régime classique au régime quantique. La mise en application de ces dernières a déjà porté ses fruits et les résultats seront publiés dans plusieurs publications.