Qui est le physicien quantique et prix Nobel David Wineland ?

Des pionniers de la physique quantique avaient un rêve. Ils voulaient expérimenter avec des atomes individuels afin de tester les étranges affirmations de leur théorie. Mais faute de possibilités techniques, ils ont dû se contenter d’expériences de pensée. Erwin Schrödinger, par exemple, a enfermé un hypothétique chat dans une boîte avec une machine infernale : la désintégration d’un seul noyau d’atome radioactif déclenche un mécanisme qui tue l’animal. Le chat, qui est mécaniquement quantiquement intriqué avec le noyau atomique radioactif, est-il maintenant mort ou vivant, a demandé le physicien autrichien. Les deux et, fut sa réponse. D’un point de vue physique quantique, l’animal est dans les deux états à la fois tant qu’il n’est pas observé. Ce n’est qu’une fois la boîte ouverte qu’il sera clair si le chat est encore en vie.

C’est grâce à des physiciens expérimentaux comme l’Américain David Wineland que le chat de Schrödinger n’est pas resté une simple construction fantastique et que les règles de la physique quantique peuvent désormais être testées avec précision sur des atomes individuels. Le physicien, né à Wauwatosa, dans le Wisconsin, en 1944, a développé de petits dispositifs au National Institute of Standards and Technology (NIST) de Boulder, au Colorado, où il a mené des recherches pendant près de 42 ans jusqu’en 2017, dans lesquels il peut piéger un ou plusieurs Les ions et utiliser la lumière laser pourraient manipuler avec précision à volonté.

Wineland, qui venait de recevoir son doctorat, a acquis ses compétences auprès de l’Allemand Hans Georg Dehmelt à l’Université de Washington à Seattle au début des années 1970. Dehmelt a fait les premières tentatives pour capturer et retenir des particules chargées à l’aide de champs magnétiques et électriques. Lui et ses collègues ont réussi à maintenir un seul électron en suspension pendant une durée record de dix mois. Wineland, qui a rejoint le NIST en 1975, a continuellement affiné les techniques de stockage qu’il a apprises à Boulder.

Chat quantique en état hermaphrodite

Les techniques sophistiquées ont ouvert de nouvelles opportunités à Wineland pour tester et étudier expérimentalement les déclarations de la physique quantique. Lui et ses collègues ont réussi à imposer à un ion béryllium chargé une seule fois une sorte d’existence hybride, dans laquelle il se trouve simultanément dans deux états quantiques – un comportement que Schrödinger a évoqué dans son expérience de pensée en 1935. Mais ce n’était que la première étape. Des impulsions laser supplémentaires ont provoqué un mouvement pendulaire spécial de l’ion, dans lequel il oscillait étrangement dans deux directions opposées en même temps.

Ce qui était possible avec un seul ion, Wineland et ses collègues ont également pu le réaliser avec plusieurs ions béryllium piégés en même temps. Chaque particule pourrait être excitée par une impulsion laser correspondante et amenée dans un état de superposition. Grâce à de courtes et douces collisions entre les particules, les états quantiques ont été transférés d’un voisin à l’autre. En conséquence, les particules ont montré un comportement intriqué. Si vous déterminiez l’état d’un ion, l’état du partenaire intriqué était immédiatement déterminé, sans qu’ils soient en contact direct – un phénomène qu’Albert Einstein a décrit un jour comme une action effrayante à distance.

Le travail de Wineland et de ses collègues présente plus qu’un simple intérêt théorique. Les physiciens ont développé des horloges atomiques optiques qui utilisent l’oscillation optique la plus rapide au lieu de l’oscillation micro-onde d’un ion isolé. Le chronomètre de Wineland, introduit en 2005, ne serait en avance ou en retard que de cinq secondes depuis le Big Bang il y a 13,8 milliards d’années.

Wineland et ses collègues de Boulder étaient également à l’avant-garde de la recherche dans le développement d’un ordinateur quantique, basé sur la superposition d’états mécaniques quantiques d’ions stockés et pouvant donc effectuer de nombreuses étapes de calcul en parallèle et donc beaucoup plus rapidement qu’un ordinateur quantique. ordinateur classique. Mais Wineland a toujours été plus intéressé par les principes que par l’utilisation pratique de son travail. Wineland a reçu le prix Nobel de physique en 2012 pour ses recherches révolutionnaires.

À la surprise de ses collègues, Wineland a quitté le cœur lourd en 2017 son employeur de Boulder, auquel il était fidèle depuis quatre décennies, et a déménagé à l’Université de l’Oregon à Eugene – pour des raisons purement familiales, comme il l’a souligné. Aujourd’hui, Wineland, considéré comme un patron travailleur et patient et qui – chaque fois que le temps le permet – roule seul ou avec ses collègues sur son vélo de course, fête son quatre-vingtième anniversaire.