Des chercheurs de l’Université de Copenhague ont inventé un « tambour quantique » qui peut mesurer la pression, une fuite de gaz, la chaleur, le magnétisme et bien d’autres choses avec une extrême précision. Il peut même analyser la forme d’un seul virus. L’invention a maintenant été adaptée pour fonctionner à température ambiante et pourrait se retrouver dans nos téléphones.

Les humains ont essayé de mesurer le monde qui les entoure depuis l’Antiquité. Aujourd’hui, des chercheurs utilisent les lois de la physique quantique pour développer l’un des appareils de mesure les plus sensibles que le monde ait jamais vus. Un jour, ce sera peut-être même le vôtre. Avec deux solutions innovantes, les chercheurs de l’Institut Niels Bohr ont trouvé un moyen de mettre la technologie quantique dans nos poches.

Le cœur de l’appareil pourrait être appelé un « tambour quantique »: c’est un fine membrane qui vibre comme une peau de tambour, mais avec une amplitude si faible que les lois de la physique quantique sont nécessaires pour décrire ce qui se passe. En d’autres termes, il vibre très vite. Cela signifie que le tambour peut être utilisé comme un appareil de mesure ultra-précis, un supercapteur quantique.

« Le capteur est si sensible qu’en principe, on pourrait mesurer si une seule personne saute d’une jambe sur l’autre à Paris. On pourrait le capter ici, dans notre sous-sol de Copenhague, à des milliers de kilomètres de distance. Mais , car cela les obligerait à sauter à 1,4 million de vibrations par seconde, l’exemple est mieux considéré comme un expérience de pensée« , s’amuse le professeur Albert Schliesser de l’Institut Niels Bohr, qui dirige l’équipe derrière le capteur quantique.

Mis à part les expériences de pensée, le capteur est très réel et a de nombreuses utilisations possibles. En lisant les changements dans les vibrations avec lesquelles le tambour quantique se déplace, les chercheurs peuvent mesurer une grande variété d’influences avec une extrême précision.

« Par exemple, un changement de température ou la présence d’un gaz va directement affecter la façon dont le tambour vibre, et c’est pareil quand on place un virus sur le tambour. Un laser nous permet de lire le résultat avec précision. Mais c’est juste le début », explique le professeur Albert Schliesser. « En plaçant un petit morceau de métal ou un petit aimant sur la membrane, nous pouvons également détecter les champs électriques et magnétiques avec une extrême précision », dit-il.

L’innovation pourrait rendre les capteurs quantiques accessibles à tous

Combien paieriez-vous pour avoir un supercapteur quantique dans votre poche ?

Cette question a été posée par le PDG de l’une des plus grandes entreprises technologiques au monde, curieux d’en savoir plus sur le « tambour quantique » alors qu’il visitait le sous-sol de l’Institut Niels Bohr à Copenhague, où travaillent Schliesser et son groupe de recherche.

Cependant, faire fonctionner les membranes en dehors d’un laboratoire avait été pratiquement impossible, car atteindre le régime quantique – et l’extrême précision – nécessitait un refroidissement avec de l’hélium liquide jusqu’à près du zéro absolu (environ -250 C).

« Sinon, des secousses aléatoires dues à l’environnement chaud étoufferaient les mesures avec du bruit, car la température ambiante implique toujours un mouvement saccadé », explique Scliesser.

Le refroidissement à l’hélium, cependant, est encombrant, encombrant et très coûteux – un obstacle pour de nombreuses applications, en particulier l’adoption généralisée dans les appareils grand public.

Mais dans leur dernière étude publiée dans Optiqueles chercheurs ont maintenant prouvé qu’ils pouvaient combiner une sorte d’amortisseur de leur propre invention et une technique spéciale de refroidissement au laser pour obtenir le extrême précision même à température ambiantec’est-à-dire sans refroidissement à l’hélium.

Cela signifie que le capteur peut désormais être suffisamment petit pour être intégré à une puce. « Il peut s’agir d’une très petite configuration. Par exemple, le capteur pourrait être placé à l’intérieur d’un système de vide dans une usine de traitement de semi-conducteurs et surveiller la température et les fuites de gaz », explique le chercheur. À l’avenir, il pourrait même être possible d’intégrer le capteur dans un appareil grand public comme un téléphone intelligent.

En tant que microscope IRM, il pourrait devenir une arme contre les virus

Les projets des chercheurs visent également de nouveaux horizons scientifiques. À l’aide de deux « tambours » synchronisés du laboratoire de Schliesser, des collègues de recherche suisses ont déjà réussi à imager la surface d’un seul virus pour la première fois. Ceci a été réalisé en balayant une aiguille ultrapointue sur le virus et en mesurant la force entre le virus et l’aiguille à l’aide du tambour.

Maintenant, Schliesser et ses collègues explorent la possibilité de mesurer les forces magnétiques exercées par les spins à l’intérieur d’un virus.

L’idée de base est similaire à celle des scanners hospitaliers produisant des images détaillées de notre corps par résonance magnétique, mais à une échelle considérablement plus petite. Cela pourrait conduire à un nouvel outil puissant pour comprendre et combattre les virus.

« Nous travaillons actuellement à rendre possible l’imagerie de choses microscopiques comme les virus, de la même manière qu’un scanner IRM. Cela offrirait un nouvel outil dans le sciences de la santéqui, entre autres, examinent de nouveaux virus et voient quelles protéines ils contiennent », explique Schliesser.