Il y a près de 60 ans, le physicien lauréat du prix Nobel Nikolaas Bloombergen a prédit un nouveau phénomène appelé résonance électrique nucléaire. Mais personne n'a pu le démontrer en action – jusqu'à présent.
Des preuves réelles de résonance électrique nucléaire ont été accidentellement découvertes dans un laboratoire de l'Université de New South Wales (UNSW) en Australie, grâce à un équipement défectueux. Cette percée donne aux scientifiques un nouveau niveau de contrôle sur les noyaux et pourrait considérablement accélérer le développement des ordinateurs quantiques.
Au centre de ce phénomène se trouve l'idée de contrôler la rotation des atomes individuels en utilisant des champs électriques plutôt que magnétiques. Cela signifie un contrôle plus précis des cœurs, ce qui peut affecter divers domaines scientifiques.
«Cette découverte signifie que nous avons maintenant la capacité de construire des ordinateurs quantiques à l'aide de spins monoatomiques sans avoir besoin d'un champ magnétique vibrationnel pour fonctionner», explique le physicien quantique Andrea Morello de l'UNSW.
“De plus, nous pouvons utiliser ces noyaux comme capteurs d'une précision exquise pour les champs électriques et magnétiques ou pour répondre à des questions fondamentales en science quantique.”
Dans certaines situations, la résonance électrique nucléaire peut remplacer la résonance magnétique nucléaire, qui est largement utilisée aujourd'hui à diverses fins: pour scanner des corps humains, des éléments chimiques, des formations rocheuses, etc.
Le problème avec un champ magnétique est qu'il nécessite des courants élevés, de grandes bobines et un espace considérable.
Si vous souhaitez surveiller des noyaux atomiques individuels – peut-être pour le calcul quantique ou pour de très petits capteurs – alors la résonance magnétique nucléaire n'est pas un très bon outil avec lequel travailler.
«Effectuer une résonance magnétique, c'est comme essayer de déplacer une balle spécifique sur une table de billard en soulevant et en secouant toute la table», explique Morello. “Nous déplacerons le ballon cible, mais nous déplacerons également tous les autres.”
“Faire une pause dans l'étude de la résonance électrique, c'est comme donner un vrai bâton de billard pour frapper la balle exactement où vous le voulez.”
C'est au cours de l'expérience de résonance magnétique nucléaire que les chercheurs de l'UNSW ont résolu le problème posé par Bloombergen en 1961, et tout était lié à une antenne cassée. Après quelques résultats inattendus, les chercheurs ont réalisé que leur équipement fonctionnait mal – et ont démontré une résonance électrique nucléaire.
Avec des simulations informatiques ultérieures, l'équipe a pu montrer que les champs électriques peuvent affecter le noyau à un niveau fondamental, déformant les liaisons atomiques autour du noyau et provoquant sa réorientation.
Maintenant que les scientifiques savent comment la résonance électrique nucléaire peut fonctionner, ils peuvent explorer de nouvelles façons de l'utiliser. De plus, nous pouvons ajouter cela à une liste croissante de découvertes scientifiques importantes qui ont été faites par accident.
«Ce résultat remarquable ouvrira un trésor de découvertes», dit Morello. “Le système que nous avons créé est suffisamment sophistiqué pour étudier comment le monde classique que nous expérimentons chaque jour émerge du royaume quantique.”
«De plus, nous pouvons utiliser sa complexité quantique pour créer des capteurs pour les champs électromagnétiques avec une sensibilité considérablement améliorée. Et tout cela dans un simple appareil électronique en silicium avec une faible tension appliquée à une électrode métallique.
L'étude a été publiée dans la revue Nature.
Sources: Photo: UNSW / Tony Melov
