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Un asservissement quantique

La stabilité des systèmes complexes, mais aussi nos actions quotidiennes sont assurées par des asservissements. Une sonde mesure l’état du système, un contrôleur détermine l’action qui le ramènera au point désiré et pilote un actuateur qui réalise cette action. Jongler, par exemple, met en jeu de nombreux asservissements, entre l’œil, le cerveau et la main.

Transférer ces concepts au monde quantique est un objectif important. La physique quantique permet de réaliser des tâches inaccessibles aux systèmes classiques, mesures de précision ou traitements complexes d’information. Les états au cœur de ces fonctions sont fragiles, d’autant plus fragiles qu’ils sont plus utiles. Il faut donc les protéger. L’asservissement est l’une des protections possibles.

L’asservissement quantique se heurte a un obstacle : la mesure change l’état du système ! Le groupe « Electrodynamique quantique en cavité » du LKB (CNRS, ENS, UPMC, Collège de France),en collaboration avec Mines-ParisTech et l’INRIA, a réalisé un premier asservissement quantique continu. Il maintient un nombre fixé de photons dans une ’boîte à photons’, une cavité microonde de haute qualité.

Une mesure quantique peu invasive, par des atomes, fournit une information sur le nombre de photons, suffisamment vague pour ne pas ruiner l’état mais suffisamment précise pour qu’un contrôleur et un actuateur classiques puissent corriger l’effet de cette mesure et celui des pertes. Chaque fuite d’un photon dans l’environnement est détectée et corrigée en temps réel. Cette expérience est une étape importante vers le contrôle d’états quantiques complexes et potentiellement utiles. Bibliographie

Real-time quantum feedback prepares and stabilizes photon number states, C. Sayrin, I. Dotsenko, X. Zhou, B. Peaudecerf, T. Rybarczyk, S. Gleyzes, P. Rouchon, M. Mirrahimi, H. Amini, M. Brune, J.M. Raimond et S. Haroche, 1er septembre 2011.

Contacts

Jean-Michel Raimond l T 33 (0)1 44 32 34 88 l jmr@lkb.ens.fr

Serge Haroche l T 33 (0)1 44 32 34 20 l haroche@lkb.ens.fr

Le jonglage utilise des boucles de rétroaction complexes, de l’œil à la main en passant par le cerveau. La rétroaction quantique est beaucoup plus difficile : le simple fait de regarder les balles change leur position !

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