L'enchevêtrement des atomes dans les horloges augmente leur précision. (Willem Douven/EyeEm/Getty Images) Peu de choses dans l'Univers maintiennent le rythme de manière aussi fiable que le pouls d'un atome.
Pourtant, même les horloges «atomiques» les plus avancées basées sur des variations de ces chronomètres quantiques perdent le compte lorsqu'elles sont poussées à leurs limites.
Les physiciens ont connu depuis un certain temps que l'enchevêtrement des atomes peut aider à attacher suffisamment les particules pour extraire un peu plus de tic de chaque tac, mais la plupart des expériences n'ont pu le démontrer qu'à la plus petite échelle.
Une équipe de chercheurs de l'Université d'Oxford au Royaume-Uni a repoussé cette limite à une distance de deux mètres (environ six pieds), prouvant que les mathématiques restent valables sur de plus grands espaces.
Non seulement cela pourrait améliorer la précision globale des horloges atomiques optiques, mais cela permet un niveau de comparaison dans la synchronisation d'une fraction de seconde de plusieurs horloges à un degré qui pourrait révéler des signaux auparavant indétectables dans une gamme de phénomènes physiques.
Comme leur nom l'indique, les horloges atomiques optiques utilisent la lumière pour sonder les mouvements des atomes afin de conserver l'heure.
Comme un enfant sur une balançoire, les composants des atomes vont et viennent sous un ensemble cohérent de contraintes. Tout ce qui est nécessaire est un coup de pied fiable, tel qu'un photon d'un laser, pour déclencher le balancement.
Diverses techniques et matériaux ont été testés au fil des ans pour faire progresser la technologie au point que les différences dans leurs fréquences s'additionnent à peine à une seconde d'erreur sur les quelque 13 milliards d'années de l'Univers - un niveau de précision qui signifie que nous pourrions avoir besoin de repenser la façon même dont nous mesurons le temps lui-même .
Aussi fine que soit cette technologie, il arrive un moment où les règles mêmes du chronométrage elles-mêmes deviennent un peu vagues grâce aux incertitudes du paysage quantique qui introduisent un tas de situations sans issue.
Par exemple, des fréquences lumineuses plus élevées peuvent améliorer la précision, mais se font au prix de petites incertitudes entre le coup de pied du photon et la réponse de l'atome qui deviennent plus importantes.
Celles-ci peuvent à leur tour être aplanies en lisant l'atome plusieurs fois, une solution non sans problèmes.
Une lecture « unique » avec le bon type d'impulsion laser serait idéale. Les physiciens savent que l'incertitude de cette approche peut être améliorée si l'atome mesuré a déjà eu son destin intriqué avec un autre.
Enchevêtrement est un concept à la fois intuitif et bizarre. Selon la mécanique quantique, on ne peut pas dire que les objets ont une valeur ou un état tant qu'ils ne sont pas observés.
S'ils font déjà partie d'un système plus vaste – peut-être par un échange de photons avec d'autres atomes – toutes les parties du système seront destinées à produire un résultat relativement prévisible.
C'est comme lancer deux pièces du même portefeuille, sachant que si l'une tombe sur pile, l'autre tombera sur pile même si elle tourne dans les airs.
Les deux « pièces » dans ce cas étaient une paire d'ions strontium, enchevêtrés avec un photon qui a été envoyé sur une courte longueur de fibre optique.
Le test lui-même n'a pas produit de niveaux révolutionnaires de précision dans les horloges atomiques optiques, même si ce n'était pas prévu.
Au lieu de cela, l'équipe a montré qu'en enchevêtrant les atomes chargés de strontium, ils pouvaient réduire l'incertitude de la mesure dans des conditions qui devraient leur permettre d'améliorer la précision à l'avenir.
Connaître des distances macroscopiques de quelques mètres ne présente aucun défi, il est désormais théoriquement possible d'enchevêtrer des horloges atomiques optiques à travers le monde pour améliorer leur précision.
'Bien que notre résultat soit une preuve de principe et que la précision absolue que nous obtenons soit inférieure de quelques ordres de grandeur à l'état de l'art, nous espérons que les techniques présentées ici pourront un jour améliorer les systèmes de pointe, ' dit physicien Raghavendra Srinivas.
'À un moment donné, l'intrication sera nécessaire car elle ouvre la voie à la précision ultime permise par la théorie quantique.'
Extraire un peu plus de confiance de chaque tic-tac d'une horloge atomique pourrait être exactement ce dont nous avons besoin pour mesurer de minuscules différences de temps produites par des masses sur la plus petite des distances, un outil qui pourrait conduire à théories quantiques de la gravité .
Même en dehors de la recherche, l'utilisation de l'intrication pour réduire l'incertitude dans les mesures quantiques pourrait avoir des applications dans n'importe quoi, de l'informatique quantique à cryptage et communication .
Cette recherche a été publiée dans La nature .