Contrôle d'un oscillateur optomécanique avec un filtre quantique – QFilters

L’interférométrie optique permet de mesurer des déplacements avec une sensibilité exceptionnelle. Cette technique a été appliquée à des mesures aussi variées que le refroidissement d’un objet macroscopique près de son état quantique fondamental, la détection des ondes gravitationnelles ou la résonance magnétique nucléaire. Nous proposons ici d’explorer plusieurs techniques de filtre quantique qui permettent d’en améliorer encore la sensibilité. Le filtre est basé sur un cristal non linéaire ou un résonateur mécanique cryogénique. Nous proposons d’abord des expériences de preuve de principe pour différents types de filtres, avant d’appliquer ces techniques à différents domaines.
(i) Test de la mécanique quantique macroscopique: l’existence d’une échelle de longueur fondamentale (longueur de Planck) conduit à des corrections à l’inégalité de Heisenberg. Une mesure de position extrêmement sensible d’un résonateur mécanique macroscopique (de masse au moins comparable à la masse de Planck de 22 µg) permettrait de mettre en évidence de telles corrections à la mécanique quantique standard. Nous proposons de tester trois résonateurs différents : un micropilier cryogénique (30 µg), des miroirs lévitant grâce à la pression de radiation (1 mg) et un pendule de torsion (10 mg). La comparaison des résultats de ces expériences pourrait ouvrir une fenêtre sur la frontière classique-quantique.
(ii) Détection des ondes gravitationnelles. Les ondes gravitationnelles sont des ondulations de l’espace-temps créées par des événements astrophysiques extrêmement violents. Elles sont détectées par des interféromètres kilométriques. Les techniques dont nous voulons faire la démonstration peuvent en principe en augmenter à la fois la sensibilité et la bande passante, notamment à haute fréquence où de nouvelles sources astrophysiques sont attendues. Nous proposons de concevoir des détecteur de prochaine génération, fonctionnant jusqu’à quelques dizaines de kilohertz.
(iii) Résonance magnétique nucléaire (RMN). Un simple circuit électrique LC circuit peut également jouer le rôle de filtre quantique. Cette technique peut être appliquée à la RMN. La conversion des signaux du domaine radio-fréquence au domaine optique (avec une membrane en SiN comme résonateur électro-opto-mécanique) est une technique prometteuse, limitée aujourd’hui par le bruit thermique de la membrane. L’utilisation d’une membrane à cristal phononique et photonique nous permet d’envisager d’améliorer simultanément les qualités optiques et mécaniques de la membrane, réduisant le bruit thermique et améliorant le rapport signal-à-bruit.