Un effet quantique habituellement étudié à l’échelle des particules a été observé dans un cristal assez gros pour être tenu dans la main

Les chercheurs ont donc présenté leurs résultats après l’étude d’un cristal formé de cérium, de palladium et de silicium. Il s’agit d’un cristal de la catégorie des métaux étranges dont le comportement électrique est difficile à expliquer avec les modèles habituels.

L’intrication quantique observée dans un cristal

Si l’équipe ne cherchait pas à placer tout le cristal dans deux états en même temps, le but était de savoir si les particules présentes dans le matériau partageaient un même état quantique. C’est là qu’entre en jeu ce qu’on appelle l’intrication puisque deux particules intriquées ne se comportent plus comme des objets totalement indépendants. Même si chaque particule a ses propres caractéristiques, leurs états sont corrélés.

Dans ce cristal, les mesures montrent que des groupes d’au moins neuf entités quantiques réagissent ensemble. Et comme expliqué dans le chapeau, détecter une forte intrication quantique dans un cristal d’environ un centimètre, donc visible à l’œil nu, est quelque chose d’exceptionnel.

Pour atteindre ce résultat, l’équipe a envoyé des neutrons sur le cristal à l’Institut Laue-Langevin de Grenoble à une température qui descendait jusqu’à 60 millikelvins et sous un champ magnétique réglé avec précision. Federico Mazza, chercheur en doctorat et membre de l’équipe, a mesuré la réponse du matériau après l’impact de ces neutrons.

Dans un matériau tout ce qu’il y a de plus classique, un neutron transmet souvent son énergie à une particule prise séparément. Les chercheurs ont utilisé une technique appelée information de Fisher quantique pour interpréter ces mesures. Il s’agit d’une méthode pour mesurer la sensibilité d’un ensemble quantique face à une petite modification.

La réponse globale peut dépasser ce que chaque particule produirait seule lorsqu’elles partagent une forte intrication. La méthode a permis aux scientifiques de détecter l’organisation collective cachée dans le cristal sans passer en revue chaque particule.

Le résultat est donc surprenant car l’intrication quantique est souvent étudiée sur des atomes, des photons, des objets très petits à isoler avec un soin tout particulier. Dans ce cas-ci, le cristal est bien visible à l’œil nu avec son centimètre, de quoi le tenir dans une paume. L’intérieur du matériau montre une intrication forte entre plusieurs entités quantiques.

Des métaux étranges aux technologies quantiques

Il s’agit d’une grande avancée pour mieux saisir les métaux étranges qui intriguent les physiciens, car leur comportement électrique ne suit pas toujours les règles habituelles. Les chercheurs pensent que l’intrication qu’ils ont observée pourrait expliquer une partie de ces propriétés surprenantes. Des comportements proches existent dans certains supraconducteurs à haute température.

Une autre étude précédente a montré que le courant électrique circule dans ces métaux avec très peu de bruit. Celle de l’Université technique de Vienne propose une explication possible. Selon eux, les particules ne se comporteraient pas séparément, mais leur organisation quantique collective pourrait réduire les fluctuations électriques.

Et ces découvertes intéressent aussi les concepteurs de technologies quantiques. Une forte intrication rend un matériau très sensible à de petites perturbations, ce qui pourrait permettre de créer des capteurs capables de repérer des signaux extrêmement faibles avec une grande précision.

Les chercheurs ont donc notamment pour but de découvrir si les métaux étranges ont la possibilité d’être utiles dans des appareils quantiques. La physique quantique ne se limite donc pas à ce qui est invisible à l’œil nu, puisque même un cristal qui tient dans une main montre des signes d’une intrication entre ses constituants.

Alors oui, ce caillou n’est pas un ordinateur quantique, mais il s’agit d’une avancée qui montre que ce comportement peut être observé dans des matériaux d’un centimètre.