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Une transition de phase quantique observée pour la première fois

Des physiciens ont pour la toute première fois observé expérimentalement une transition de phase de premier ordre se produisent dans un système quantique. Ils ont ainsi vérifié des années de prédictions théoriques.

Nous expérimentons les transitions de phase tous les jours, ces phénomènes relèvent aujourd’hui de l’ordinaire : lorsque la glace se met à fondre, lorsque l’eau se met à bouillonner vous signalant qu’il est alors « temps de plonger les pâtes à l’intérieur ». Bien que ces transitions soient facilement observables à notre échelle, elles le sont beaucoup moins à l’échelle quantique où s’opèrent toutes ces transitions de phases. Elles jouent pourtant un rôle primordial en physique, mais jusqu’à présent, personne n’avait pu les observer expérimentalement. C’est désormais chose faite.

Une équipe de chercheurs de l’Institut des sciences et de la technologie de Vienne, en Autriche, annonce en effet dans la revue Physical Review X avoir observé un phénomène analogue à l’effet « blocage de Coulomb » qui concerne les électrons. L’effet analogue baptisé « photon blocus » fut proposé il y a deux ans et concerne cette fois-ci le transport de la lumière à travers un système optique. Ceci implique des interactions de photons dans une cavité optique non linéaire : un photon remplit une cavité dans un système optique et empêche d’autres photons de pénétrer dans cette cavité jusqu’à ce qu’il l’a quitte, bloquant ainsi le flux de photons. Mais si les flux de photons augmentent à un niveau critique, une phase de transition quantique est alors prédite : le blocage des photons se brise, la transition de phase se produit alors passant d’un système opaque à transparent.

« Nous avons observé cette commutation aléatoire entre un système opaque et transparent pour la première fois, en accord avec les prédictions théoriques faites il y a deux ans », a déclaré le chercheur principal Johannes Fink. « Nous allons maintenant pouvoir les étudier plus en détail et nous espérons obtenir un meilleur contrôle sur les systèmes quantiques à l’avenir ». Les futures applications possibles comprennent des éléments de stockage de la mémoire et la mise au point de processeurs pour des simulations quantiques.