TUK apporte une expertise en physique

Elke Neu Ruffing

Comportement de groupe, tel que nous le connaissons chez les oiseaux et les poissons, sert d'inspiration pour les chercheurs dans le projet récemment approuvé par la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG). L'objectif de la zone de recherche spéciale Transregio (TRR-SFB) "Coopération quantique de la lumière et de la matière", financée à hauteur de 11 millions d'euros, est de comprendre et d'exploiter le comportement coopératif dans le monde quantique, afin d'améliorer par exemple la performance ou la sensibilité des capteurs. Plusieurs universités collaborent au sein de cette zone de recherche transrégionale. La jeune professeure Elke Neu-Ruffing de l'Université technique de Kaiserslautern (TUK), participe avec son groupe de travail à un sous-projet.

L'Université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nürnberg (FAU) constitue, en collaboration avec l'Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) et l'Université de Sarre, l'équipe centrale du nouveau TRR-SFB « QuCoLiMa ». Les chercheurs étudient le comportement collectif dans le monde quantique. La base de leurs recherches repose sur le phénomène connu dans le monde animal du comportement en essaim — c'est-à-dire que la coopération produit des effets dépassant la simple somme des contributions individuelles. L'objet d'étude concerne les interactions à l'interface de l'optique quantique et de la matière condensée. Les scientifiques souhaitent finalement, dans le cadre du TRR-SFB, déterminer si et comment le comportement coopératif se forme dans le monde quantique et comment il peut être contrôlé. Les résultats devraient notamment trouver des applications dans la communication sécurisée, des capteurs performants et des ordinateurs.

« Nous introduisons un petit nombre de particules semblables à des atomes dans un système fermé, un résonateur en carbure de silicium », explique Neu-Ruffing. « La lumière émise par ces particules est renvoyée vers elles à plusieurs reprises, ce qui conduit finalement à une synchronisation de l’émission lumineuse. Les particules forment ainsi, avec la lumière, un système collectif. Bien que des études sur des systèmes quantiques collectifs aient déjà été menées, cela n’avait jamais été réalisé avec ce nouveau système matériel. Avec notre approche, nous pouvons mieux comprendre comment ces effets se produisent et en tirer parti. »

Alors que la physicienne de Kaiserslautern travaille avec la lumière, la FAU étudie parallèlement le comportement collectif des particules en relation avec des vibrations mécaniques. L'Université Johannes Kepler de Linz fournit la base théorique et calcule les effets de la lumière et des vibrations dans ces systèmes fermés ou résonateurs.

Le carbure de silicium joue un rôle important en tant que « matériau de base » pour les résonateurs et la création de systèmes semblables à des atomes. « Nous utilisons cette liaison chimique comme plateforme pour rapprocher nos systèmes de la technologie existante. Le carbure de silicium est déjà largement utilisé dans l’électronique de puissance sous forme de composants semi-conducteurs », explique Neu-Ruffing. « La vision d’avenir est que nos découvertes permettront de relier les technologies quantiques aux technologies classiques. »

En ce qui concerne les scénarios d’application futurs, Neu-Ruffing cite par exemple les capteurs quantiques : « Lorsqu’un capteur se comporte de manière quantique, il devient beaucoup plus sensible aux impulsions provenant de son environnement », explique la physicienne. « Des signaux diffus comme le bruit peuvent ainsi être mesurés beaucoup plus précisément. » La recherche conjointe sur les systèmes quantiques collectifs dans le cadre du TRR-SFB QuCoLiMa doit ouvrir la voie à la libération de ce potentiel, par exemple dans la détection ou pour faire progresser la technologie de l'information et de la communication. »

Questions répondues par :
Jun.-Prof. Elke Neu-Ruffing
Tél. : 0631 205-5788
E-mail : nruffing@rhrk.uni-kl.de