Refroidissement à l'état quantique fondamental d'un ensemble d'objets mésoscopiques en lévitation optique par adaptation du front d'onde – GROOVE

La lévitation optique utilise des forces optiques pour piéger des nano-objets et assembler des résonateurs opto-mécaniques aux facteurs de qualité extrêmement importants. En réduisant leur agitation thermique, les objets peuvent être refroidis proche de (ou à) leur état fondamental et ils offrent ainsi l’opportunité de tester les limites de la mécanique quantique. En effet, ces objets mésoscopiques se situent à l’interface entre les domaines quantique et classique et peuvent permettre de confirmer (ou d’infirmer) des hypothèses fondamentales en mécanique quantique. Si l’état quantique fondamental d’un objet unique a récemment été observé, actuellement le défi majeur dans le domaine consiste à atteindre l’état fondamental d’un système à plusieurs éléments—ce qui permettrait, par exemple, d’intriquer deux particules mésoscopiques ou de concevoir des mémoires quantiques complexes. Malheureusement, les méthodes de refroidissement conçues pour des particules uniques ne sont pas transposables à plusieurs éléments et aucun refroidissement multi-objets n’a jamais été rapporté.

Le projet GROOVE ambitionne de réaliser le premier refroidissement de multiples objets en lévitation en utilisant des méthodes d’adaptation du front d’onde développées pour les milieux multi-diffusants. En modulant spatialement le front d’onde d’un champ lumineux, ces méthodes permettent de contrôler sa propagation à travers des environnements complexes. Pour des objets multiples, l’adaptation du front d’onde va être ici utilisée pour exercer des forces optiques précisément contrôlées sur chacun des éléments et ainsi réduire l’agitation thermique du système pour le refroidir à son état fondamental. En exploitant de nouveaux outils, ce projet propose une approche radicalement nouvelle et ouvre la voie à la mécanique quantique à N corps en lévitation. Au LOMA, ce projet bénéficiera d’une expertise unique en lévitation optique et permettra de lancer la carrière de recherche du coordinateur.