Des chercheurs figent un état quantique sans passer par le congélateur spatial.
En physique quantique, on a longtemps eu un réflexe quasi pavlovien : pour observer un état quantique pur, on refroidit l’objet étudié à une température proche du zéro absolu. C’était la règle, presque gravée dans le marbre. Pourtant, une équipe de l’Université technique de Vienne (TU Wien) et de l’ETH Zurich vient de la bousculer. Leur exploit : piéger une nanoparticule dans un état quantique à température ambiante. Pas besoin de chambre cryogénique, juste un dispositif ingénieux de lasers et de miroirs. Et leur cobaye n’avait rien de futuriste : une petite sphère de verre, plus petite qu’un grain de sable.
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Plus besoin d’atteindre le “zéro absolu” pour observer un état quantique gr)ace à cette découverte européenne
Pour comprendre la découverte, commençons par imaginer le balancier d’une vieille horloge qui se balance de gauche à droite. C’est l’image classique d’une oscillation. À l’échelle microscopique, les choses se compliquent : les particules oscillent elles aussi, mais leurs mouvements sont régis par des règles quantiques très strictes. Elles peuvent se trouver dans un état fondamental (la vibration minimale possible) ou dans des états excités (plus d’énergie, plus d’amplitude).
Fait encore plus étrange, elles peuvent être dans une superposition de plusieurs états à la fois.
Pourquoi la chaleur brouille tout
Le problème, c’est que la chaleur est l’ennemi juré de ces états “fragiles”. Les vibrations thermiques ajoutent un brouillard d’énergie parasite qui masque complètement les signatures quantiques. C’est un peu comme essayer de déchiffrer un murmure au beau milieu d’un concert de rock. Jusqu’ici, la seule parade consistait à refroidir l’objet presque à -273 °C, histoire de calmer l’agitation thermique.
L’astuce : s’attaquer à un mouvement précis
Les chercheurs ont choisi de ne pas tout refroidir, mais de cibler la rotation de leur nanoparticule. Cette dernière n’était pas parfaitement sphérique, mais légèrement elliptique. Dans un champ électromagnétique, elle se comporte comme l’aiguille d’une boussole. Grâce à un système savamment réglé de lasers et de miroirs, les physiciens ont pu retirer de l’énergie à ce mouvement de rotation tout en évitant d’en rajouter. De cette manière, la rotation s’est calmée jusqu’à toucher presque l’état fondamental (l’état d’énergie la plus basse qu’un système quantique puisse avoir), alors que le reste de la particule restait brûlant, à plusieurs centaines de degrés.
L’image est parlante : c’est comme si vous parveniez à stopper net un volant de voiture lancé à pleine vitesse, tout en laissant le moteur tourner à plein régime et le capot chauffé à blanc. Carlos Gonzalez-Ballestero, qui a dirigé l’étude, résume ainsi : « La rotation peut geler alors que la particule reste brûlante ». Cette séparation des « degrés de liberté » (ici, la rotation par rapport à la température interne) est la clé de cette prouesse.
Ce que ça change pour la physique et au-delà
Pouvoir manipuler des objets dans des états quantiques sans recourir au froid extrême ouvre un nouveau terrain de jeu. Les expériences deviennent plus simples, plus économiques et peuvent concerner des systèmes plus grands que les simples atomes ou molécules.
Les applications potentielles vont de la détection ultra-sensible à la cryptographie quantique, en passant par des architectures inédites pour le calcul quantique.
Ailleurs dans le monde, la même quête
Cette avancée s’inscrit dans une course internationale pour amener des objets plus gros vers le monde quantique.
- Aux États-Unis, des équipes du MIT et de Caltech travaillent sur le piégeage optique de nanosphères et les états quantiques de membranes microscopiques.
- Au Japon, la JAXA et plusieurs universités cherchent à atteindre l’état fondamental de résonateurs mécaniques miniatures grâce au refroidissement optomécanique.
- En Europe, outre TU Wien et l’ETH Zurich, des laboratoires allemands et français explorent les états quantiques de micromiroirs et de leviers nanométriques pour améliorer la métrologie.
Avec cette expérience publiée dans Nature Physics, on entre dans un nouveau chapitre de la physique expérimentale, où l’on pourra peut-être un jour figer des mouvements d’objets visibles à l’œil nu… tout en les laissant bouillir à l’intérieur.
Source :
Dania, L., Kremer, O.S., Piotrowski, J. et al. High-purity quantum optomechanics at room temperature. Nat. Phys. (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-02976-9
Image : © Lorenzo Dania (ETHZ)
