Avec des expériences optomécaniques, les scientifiques tentent d’explorer les limites du monde quantique et de créer une base pour le développement de capteurs quantiques très sensibles. Dans ces expériences, des objets visibles à l’œil nu sont couplés à des circuits supraconducteurs via des champs électromagnétiques. Pour obtenir des supraconducteurs fonctionnels, de telles expériences ont lieu dans des cryostats à une température d’environ 100 millikelvins. Mais c’est encore loin d’être suffisant pour vraiment plonger dans le monde quantique. Afin d’observer les effets quantiques sur les objets macroscopiques, ils doivent être refroidis à un zéro presque absolu à l’aide de méthodes de refroidissement sophistiquées. Des physiciens dirigés par Gerhard Kirchmair du Département de physique expérimentale de l’Université d’Innsbruck et de l’Institut d’optique quantique et d’information quantique (IQOQI) ont maintenant démontré un mécanisme de refroidissement non linéaire avec lequel même des objets massifs peuvent être bien refroidis.

Capacité de refroidissement supérieure à la normale

Dans l’expérience, les chercheurs d’Innsbruck couplent l’objet mécanique – dans leur cas une poutre vibrante – au circuit supraconducteur via un champ magnétique. Pour ce faire, ils ont attaché un aimant au faisceau, qui mesure environ 100 micromètres de long. Lorsque l’aimant se déplace, il modifie le flux magnétique à travers le circuit, dont le cœur est un soi-disant SQUID, un dispositif d’interférence quantique supraconducteur. Sa fréquence de résonance change en fonction du flux magnétique, qui est mesuré à l’aide de signaux micro-ondes. De cette manière, l’oscillateur micromécanique peut être refroidi à proximité de l’état fondamental de la mécanique quantique. De plus, David Zöpfl de l’équipe de Gerhard Kirchmair explique : « Le changement de la fréquence de résonance du circuit SQUID en fonction de la puissance micro-onde n’est pas linéaire. En conséquence, nous pouvons refroidir l’objet massif d’un ordre de grandeur de plus pour le même Puissance. » Cette nouvelle méthode simple est particulièrement intéressante pour refroidir des objets mécaniques plus massifs. Zöpfl et Kirchmair sont convaincus que cela pourrait être la base de la recherche de propriétés quantiques dans des objets macroscopiques plus grands.

Le travail a été réalisé en collaboration avec des scientifiques au Canada et en Allemagne et a maintenant été publié dans Lettres d’examen physique. La recherche a été soutenue financièrement par le Fonds scientifique autrichien FWF et l’Union européenne, entre autres. Les co-auteurs Christian Schneider et Lukas Deeg sont ou étaient membres du programme doctoral FWF Atoms, Light and Molecules (DK-ALM).