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L’archéologie quantique: Combien de temps un atome passe-t-il «sous» une barrière de lumière qu’il traverse par effet tunnel?
On s'entend souvent dire que d’après la mécanique quantique il y'a des questions sur le passé que l'on «ne peut pas» poser. (Ex.: Par quel chemin un photon est-il arrivé à la sortie d’un interféromètre à double fente?)
Beaucoup de travaux des dernières décennies visent à lever cette interdiction, et à sonder l’«histoire» des particules quantiques. Dans le contexte moderne de l’informatique quantique, et des manipulations dans lesquelles des chercheurs piègent et contrôlent des systèmes quantiques individuels, ces questions prennent de plus en plus de l'importance. Je ferai de mon mieux pour vous persuader que dans un certain sens, on a la possibilité de tirer des conclusions sur le passé de tels systèmes à travers des observations actuelles, et que cette idée de «rétrodiction» offre une perspective nouvelle sur la réalité telle que la mécanique quantique nous la décrit.
Comme exemple principal, je parlerai de la controverse centenaire sur le temps de traversée à travers d'une barrière à l'effet tunnel. Depuis des années 1930 – et avec plus de vigueur depuis des années 1980 – les physiciens débattent la question en apparence simple, du temps qu’une particule met à apparaître de l’autre côté d’une barrière; certaines démarches toutefois très raisonnables suggèrent que ces particules voyageraient plus vite que la lumière! Ces résultats inadmissibles ont mené certains à déclarer que la question était tout simplement mal posée. En vous montrant qu’on peut la transformer en expérience concrète, j’espère à écarter cette hypothèse.
Se servant d’un condensat de Bose, d’atomes de Rubidium, à une température de l’ordre de 1 nK, nous avons effectué une mesure directe du temps que les particules transmises se passent dans la région «interdite» [1]. J'exposerai nos résultats, ainsi que des propositions pour des expériences à venir, où nous espérons étudier où les particules ont passé leur temps, aussi bien que le temps nécessaire pour une interaction de provoquer la «réduction» da la fonction d’onde. Je tenterai de dire aussi quelques mots sur une autre manipulation récente dans la même thématique, dont nous demandons combien de temps des atomes sont forcés à passer dans l’état excité lors du passage d’un photon qu'ils n’absorbent pas [2].
[1] Ramos, Spierings, Racicot, & Steinberg, arXiv:1907.13523 [Nature 583, 529–532 (2020)]
[2] Sinclair, Angulo, Thompson, Bonsma-Fisher, Brodutch, & Steinberg, arXiv:2010.02200
Brief CV : B.S., Yale University (1988); Research Assistant, LKB (then LSH), Ecole Normale Supérieure, Paris (1989); Ph.D., U.C. Berkeley (1994); Chateaubriand Fellow, LKB, Université de Paris VI (1994); NRC Fellow, National Institute of Standards and Technology (1995-96); Asst. Prof., University of Toronto (1996-2001); APS Doctoral Thesis Prize for AMO Physics, 1996; Polanyi Prize, 1997; PREA award, 1999; Assoc. Prof., U of T (2001-2005); Gastprofessor, Univ. of Vienna (Fall 2003); Chercheur invité, Institut d'Optique, Orsay (Spring 2004); Senior Fellow, CIFAR (2004-); Full Prof., University of Toronto (2005-); CAP Herzberg Medal, 2006; RSC Rutherford Medal, 2006; McLean Fellow, 2007; Steacie Fellow, 2007; Fellow of the Optical Society of America, the American Physical Society, and the Institute of Physics (UK); Visiting Scholar, Univ. of Queensland (Nov 2008 - Feb 2009); JSPS Fellow and Visiting Professor (Hokkaido University), March - June 2011; Fellow of the Royal Society of Canada (2016); Visiting professor, Laboratoire Kastler-Brossel, Ecole Normale Supérieure, Collège de France, Institut d'Optique, March - June 2018; Co-Director, CIFAR programme in Quantum Information Science (2017-); Visiting professor, Sapienza Università di Roma (Sep 2019 - Dec 2019); University Professor, University of Toronto (2021-).
La conférence sera projetée en direct par Zoom dans la salle A-1502.1.
