Mesure au-delà de la limite quantique standard
20/05/11

La physique a besoin de mesures de plus en plus précises, mais toute mesure physique est entachée de bruit: une préparation imparfaite du système à mesurer, une perturbation thermique, etc. Aux échelles les plus extrêmes, cela se joue au niveau des particules comme les photons, et ce bruit est donc de nature quantique. C'est ce qu'on appelle la Limite d'Heisenberg, une limite indépassable qui traduit le fait qu'aucune mesure ne peut être d'une précision absolue, infinie. Mais il y a des moyens plus faciles que d'autres d'approcher cette limite. Daniel Braun, de l'université de Toulouse et John Martin, de l'université de Liège, viennent d'imaginer un dispositif théorique qui va sans doute aider les expérimentateurs et favoriser les applications dans de nombreuses disciplines scientifiques. Leurs travaux viennent de faire l'objet d'une publication dans Nature Communications (1).

La recherche de Daniel Braun, chercheur au laboratoire de physique théorique de l'université Toulouse III – Paul Sabatier et de John Martin, chargé de cours et responsable du service d'optique quantique au sein du département de physique de l'ULg, entre dans le contexte des mesures de précision dont la sensibilité peut être améliorée en utilisant des spécificités quantiques, des propriétés d'objets microscopiques comme des particules ou de la lumière, propriétés qui n'ont pas d'équivalent en physique classique.

L'article qu'ils viennent de publier présente un formalisme général qu'ils ont appliqué au cas particulier de la mesure de la longueur d'une cavité. Par cavité, on entend ici deux miroirs entre lesquels de la lumière peut être piégée. L'idée est de pouvoir mesurer la variation de longueur de la cavité au cours du temps avec la plus grande précision possible. La longueur peut en effet varier à cause de différents facteurs: perturbations extérieures, variation de température, etc.

mesure cavité
 

(1) Braun, D. and Martin, J. Heisenberg-limited sensitivity with decoherence-enhanced measurements. Nat. Commun. 2:223 doi: 10.1038/ncomms1220 (2011).

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