Dans une avancée majeure pour la technologie de détection quantique, des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder sont parvenus à créer un dispositif capable de mesurer simultanément l’accélération dans trois dimensions à l’aide d’atomes ultrafroids — une prouesse que beaucoup de scientifiques pensaient impossible.
L’équipe de recherche, dirigée par l’étudiante en doctorat Kendall Mehling, la chercheuse postdoctorale Catie LeDesma et le professeur Murray Holland du JILA, a publié ses résultats ce mois-ci dans la revue Science Advances. Leur travail représente une avancée significative 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, manipulables avec une extrême précision. À l’aide de six lasers aussi fins qu’un cheveu humain, l’équipe maintient ces atomes en place, puis les sépare en superpositions quantiques où chaque atome existe simultanément à deux endroits.
L’intelligence artificielle joue un rôle crucial dans le fonctionnement du système. Les chercheurs 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 nécessaires, simplifiant ce qui serait autrement un processus d’essais et d’erreurs incroyablement complexe », explique le professeur Holland.
Si les systèmes de navigation actuels reposent principalement sur le GPS et des accéléromètres électroniques, ceux-ci souffrent d’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 à terme permettre la navigation dans des environnements où les signaux GPS sont indisponibles, comme sous l’eau, sous terre ou dans l’espace.
La technologie suscite un vif intérêt, la NASA ayant accordé à l’équipe une subvention de 5,5 millions de dollars en 2023 via son Quantum Pathways Institute pour poursuivre le développement du capteur. Au-delà de la navigation, l’appareil pourrait révolutionner les relevés géologiques, les tests de physique fondamentale et les systèmes de guidage de véhicules autonomes. Bien que le dispositif soit actuellement de la taille d’une paillasse et moins sensible que les technologies commerciales, les chercheurs sont optimistes quant à l’amélioration de ses performances et à la réduction de sa taille dans les années à venir.