Physique – Entendre la différence quantique

&balle; la physique 15, 87

À très faible volume, un microphone optique quantique est plus performant qu’un appareil classique, et l’homme peut entendre la différence.

Romolo Tavani/stock.adobe.com

Entendre c’est croire. Lorsque le volume est extrêmement faible, un microphone quantique a l’avantage lorsqu’il s’agit de comprendre la parole. Les chercheurs ont utilisé le test du micro pour démontrer une technique qui pourrait être utile dans des expériences où des mesures sensibles doivent être effectuées à une fréquence élevée.Entendre c’est croire. Lorsque le volume est extrêmement faible, un microphone quantique a l’avantage lorsqu’il s’agit de comprendre la parole. Les chercheurs ont utilisé le test du micro pour démontrer une technique qui pourrait être utile dans des expériences où des mesures sensibles… Montre plus

Les appareils quantiques sont souvent présentés comme plus performants que les appareils classiques, mais l’impact peut sembler loin de notre vie quotidienne. Les chercheurs ont maintenant démontré un microphone optique quantique qui, selon les auditeurs, produit un son plus clair qu’un homologue classique [1]† Le microphone a été testé dans des conditions spécifiques (faible volume et bruit élevé), en dehors desquelles l’avantage quantique ne serait pas perceptible. Malgré cette limitation, les nouvelles techniques quantiques pourraient s’avérer utiles ailleurs : elles pourraient éventuellement être utilisées pour améliorer l’imagerie d’échantillons biologiques.

De nombreuses mesures de haute précision, telles que la détection des ondes gravitationnelles, reposent sur des interféromètres qui mesurent les effets d’interférence, tels que les franges, qui surviennent lorsque des photons sont envoyés par deux chemins possibles. L’utilisation de paires de photons intriqués en mécanique quantique réduit les fluctuations aléatoires (bruit de tir) dans de telles mesures, ce qui augmente la sensibilité des mesures. Cependant, certaines techniques courantes impliquent de mesurer les deux photons dans une paire intriquée, un processus de sélection lent qui limite le taux de mesure à 1 Hz. Si vous souhaitez utiliser des photons intriqués pour suivre une action rapide, comme des molécules simples se déplaçant à l’intérieur d’une cellule biologique, ce taux est beaucoup trop lent.

Florian Kaiser de l’Université de Stuttgart, en Allemagne, et ses collègues ont trouvé un moyen de multiplier par 10 000 le taux de mesure de ces expériences d’optique quantique. Dans leur configuration, la lumière laser d’entrée traverse d’abord un cristal non linéaire qui crée un flux de paires de photons intriqués qui sont ensuite introduits dans les deux chemins (ou bras) de leur interféromètre.

Pour éviter d’avoir à mesurer les deux photons aux sorties de l’interféromètre, l’équipe a ajouté un composant optique appelé plaque d’onde sélective en longueur d’onde, qui fait tourner la polarisation de la lumière traversant l’un des bras de l’interféromètre. Il s’avère que cette simple manipulation encode l’information à deux photons (la phase quantique de la paire) dans un seul des photons.

Une fois l’information transférée à des photons uniques, la mesure du signal d’interférence devient facile : il suffit de prendre la différence d’intensité lumineuse aux deux sorties – la même méthode qu’en interférométrie classique. L’équipe a montré qu’elle pouvait obtenir des mesures signal-bruit améliorées quantiques avec des taux d’échantillonnage aussi élevés que 100 kHz. Cette fréquence est suffisamment élevée pour générer un son de haute qualité, ce qui a permis aux chercheurs de démontrer leur technique dans une expérience d’enregistrement sonore. “Nous voulions vérifier si les humains pouvaient réellement entendre l’amélioration quantique”, explique Kaiser.

JCM Gebhardt/Université d’Ulm

Réseau cellulaire. La technologie utilisée dans le micro quantique pourrait finalement profiter aux expériences biologiques, telles que ce suivi d’une seule molécule d’une molécule de liaison à la chromatine marquée par fluorescence dans un embryon vivant de poisson zèbre.

Les chercheurs ont transformé leur interféromètre en un microphone optique en attachant l’un des miroirs à une membrane qui vibre en réponse aux ondes sonores. Lorsque le miroir se déplace d’avant en arrière, il modifie la longueur de l’un des bras de l’interféromètre, produisant une variation observable de la lumière atteignant les détecteurs. L’équipe a utilisé le microphone dans un test auditif standardisé. Les mots sélectionnés ont été enregistrés avec le microphone et lus à un ensemble d’auditeurs humains, à qui on a demandé d’identifier les mots. Un test similaire a été fait avec un microphone optique « classique », dans lequel le même interféromètre a été utilisé mais sans aucun enchevêtrement de photons. Les sujets ont légèrement mieux réussi à reconnaître les mots enregistrés quantiques.

Kaiser s’empresse d’admettre que le test a été truqué. “Notre microphone a un avantage quantique dans une situation artificielle que nous avons créée ici”, dit-il. Cette situation impliquait de baisser le volume pendant les sessions d’enregistrement afin que le bruit de grenaille de mesure soit élevé par rapport aux autres contributions de bruit. Kaiser compare le niveau de bruit aux transmissions brouillées entre un pilote de voiture de course et l’équipe du stand, où seulement environ la moitié des mots sont compris correctement.

Mais même si la nouvelle technique quantique ne révolutionnera pas l’enregistrement audio, elle pourrait bénéficier à d’autres types de mesures, comme l’imagerie biologique. Kaiser explique que la plupart des cellules se comportent anormalement ou peuvent être endommagées sous un éclairage intense. Un microscope quantique utilisant le schéma d’intrication des chercheurs pourrait améliorer les techniques d’imagerie à haute résolution en leur permettant de bien fonctionner en utilisant moins de photons.

“Dans le contexte du développement de capteurs pratiques, ce nouveau travail se présente comme une démonstration élégante de” l’avantage quantique “en utilisant des états quantiques de lumière qui présentent un enchevêtrement”, déclare Laurent Labonté, expert en optique quantique de l’Université de Nice Sophia Antipolis en France. .

“C’est une synthèse très nouvelle et ingénieuse des concepts de métrologie quantique”, déclare Bill Plick de l’Université de Dayton, Ohio, qui étudie les fondements de la mécanique quantique. “Bien que je ne pense pas que ce travail puisse être appelé” perception de quelque chose de fondamentalement quantique “, cela donne en quelque sorte aux gens un moyen de mettre la main sur les effets quantiques et de voir qu’ils peuvent avoir un impact reconnaissable, ce qui est vraiment cool. ”

–Michael Schirber

Michael Schirber est rédacteur en chef correspondant pour Revue de physique basé à Lyon, France.

Références

  1. R.Nold et coll.“Microphone optique quantique dans la bande audio,” PRX Quantique 3020358 (2022).

Domaines

Articles Liés

Des capteurs quantiques plus polyvalents
Informations quantiques

Des capteurs quantiques plus polyvalents

Les capteurs quantiques peuvent désormais détecter des signaux de fréquences arbitraires grâce à une version quantique du mélange de fréquences, une technique largement utilisée en électronique. En savoir plus “

De petites molécules tournoient librement dans une goutte d'hélium
Le bruit rose comme sonde de transport quantique

Plus d’articles

Leave a Comment