Des physiciens ont réussi à créer la plus grande superposition quantique jamais observée avec 7 000 atomes de sodium. L’expérience, décrite dans Nature, démontre que les propriétés quantiques ne sont pas limitées à des objets aussi petits que ce qu’on pouvait penser.

À notre échelle, les objets sont trop complexes et interagissent trop entre eux pour maintenir des superpositions d’état. La question qui se pose pour les physiciens est : quelle est la limite pour observer les propriétés quantiques ? La théorie quantique n’en fixe aucune et désormais, on sait que plusieurs milliers d’atomes peuvent présenter un état de superposition.

Des particules qui se comportent comme des ondes

Concrètement, les physiciens ont créé des clusters constitué de 7 000 atomes de sodium, d’environ huit nanomètres chacun. Cet ensemble de cluster a été refroidi à -196 °C et placé dans un vide quasi parfait avant d’être envoyé dans un interféromètre. Celui-ci est composé de trois réseaux de faisceaux laser qui se comportent comme des fentes fines et régulières. Les clusters de sodium ont été envoyés à travers le premier réseau et là, surprise ! Au lieu de suivre une trajectoire unique comme le ferait une bille, chaque « grain » s’est en fait comporté comme une onde.

Les ondes ont emprunté des trajectoires distinctes de 133 nanomètres, expliquent les chercheurs. Une distance bien supérieure à la taille d’un cluster, ce qui signifie qu’il était réellement délocalisé. Les atomes de sodium ont ensuite traversé un second ensemble de fentes qui a provoqué l’interférence des ondes, détectée grâce au dernier réseau, dans un motif caractéristique de la superposition quantique.

Deux ans d’attente

Observer un tel effet avec un objet composé de milliers d’atomes est un défi technique majeur. La moindre interaction avec une molécule de gaz, un champ électrique parasite ou un léger défaut d’alignement suffit à détruire l’état quantique fragile. Il a d’ailleurs fallu deux ans à l’équipe pour parvenir à observer le signal.


Après cette expérience réussie avec 7 000 atomes de sodium, les chercheurs veulent savoir s’il est possible qu’un virus puisse avoir des propriétés quantiques. © Axel Kock, Adobe Stock

Les chercheurs travaillent désormais à faire passer de la matière biologique dans le même dispositif expérimental. Certains virus ont une taille comparable à celle des clusters de sodium, mais ils sont généralement plus fragiles, ce qui complique l’expérimentation.

Si l’expérience récente montre que la physique quantique ne s’arrête pas à la taille, observer des propriétés quantiques sur de la matière biologique prouverait qu’elle peut s’appliquer sur des molécules complexes et, pourquoi pas, sur du vivant.