Dans une avancée majeure pour la technologie de détection quantique, des chercheur·es de l’Université du Colorado à Boulder ont réussi à créer un dispositif capable de mesurer l’accélération dans trois dimensions simultanément à l’aide d’atomes ultrafroids—une prouesse que beaucoup de scientifiques croyaient impossible jusqu’à récemment.
L’équipe de recherche, dirigée par l’étudiante aux cycles supérieurs Kendall Mehling, la chercheuse postdoctorale Catie LeDesma et le professeur Murray Holland de JILA, a publié ses résultats ce mois-ci dans la revue Science Advances. Leur travail représente une étape cruciale pour la technologie de navigation quantique.
Le dispositif fonctionne en refroidissant des atomes de rubidium à des températures de l’ordre du milliardième de degré au-dessus du zéro absolu, créant ainsi un état quantique appelé condensat de Bose-Einstein. Dans cet état, les atomes forment des ondes de matière cohérentes pouvant être manipulées avec une extrême précision. À l’aide de six lasers aussi fins qu’un cheveu humain, l’équipe immobilise ces atomes, puis les divise en superpositions quantiques où chaque atome existe simultanément à deux endroits.
L’intelligence artificielle joue un rôle clé dans le fonctionnement du système. Les chercheur·es ont utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour gérer le processus complexe d’ajustement des lasers afin de manipuler les atomes. « L’IA planifie la séquence d’ajustements des lasers nécessaire, ce qui simplifie un processus qui serait autrement d’une complexité ingérable par essais et erreurs », explique le professeur Holland.
Alors que les systèmes de navigation actuels reposent sur le GPS et les accéléromètres électroniques, ceux-ci souffrent de l’usure mécanique et de vulnérabilités environnementales au fil du temps. Les atomes, en revanche, ne vieillissent pas et ne se dégradent pas, offrant ainsi une stabilité et une robustesse à long terme. Ce dispositif quantique pourrait éventuellement permettre la navigation dans des environnements où les signaux GPS sont absents, comme sous l’eau, sous terre ou dans l’espace.
La technologie suscite déjà un vif intérêt : la NASA a accordé à l’équipe une subvention de 5,5 millions de dollars en 2023 par l’entremise de son Quantum Pathways Institute pour poursuivre le développement du capteur. Au-delà de la navigation, ce dispositif pourrait révolutionner les relevés géologiques, les tests de physique fondamentale et les systèmes de guidage pour véhicules autonomes. Bien qu’il soit actuellement de la taille d’un banc de laboratoire et moins sensible que les technologies commerciales, les chercheur·es sont optimistes quant à l’amélioration de ses performances et à la réduction de sa taille au cours des prochaines années.