Un nouveau capteur quantique a récemment réussi à mesurer des quantités d’énergie extrêmement petites avec une précision inégalée.
Un pas en avant pour la physique quantique
Une nouvelle méthode de mesure permet d’atteindre des niveaux d’énergie d’une finesse sans précédent, offrant des perspectives intéressantes pour le développement de l’informatique quantique ainsi que pour les recherches sur la matière noire. Ce procédé est si précis qu’il peut détecter moins d’un trillionième de milliard de joules. Cette avancée pourrait même aboutir à la possibilité de compter des photon individuels.
La mécanique quantique, qui opère à des échelles incroyablement petites, continue de nécessiter des outils de plus en plus précis pour l’analyse de particules comme les photons, qui sont responsables de la lumière. Des mesures améliorées ouvrent la voie à des technologies quantiques avancées et permettent de rechercher des particules hypothétiques de matière noire appelées axions.
Une réalisation innovante
Une équipe de chercheurs en Finlande a utilisé un calorimètre, un capteur basé sur la chaleur, momentanément destiné à mesurer des niveaux d’énergie inférieurs à un zeptojoule, équivalant à un trillionième de milliard de joules. À titre de comparaison, un zeptojoule correspond à l’énergie nécessaire pour déplacer une cellule sanguine rouge d’un nanomètre sous l’effet de la gravité terrestre.
Cette étude a été dirigée par le professeur Mikko Möttönen, en collaboration avec la société IQM spécialisée en informatique quantique et le Centre technique de recherche de Finlande (VTT). Les résultats de leurs travaux ont été publiés dans la revue Nature Electronics.
Le fonctionnement du capteur
Mesurer l’énergie à de si faibles échelles constitue un défi considérable. Pour mener cette expérience, les chercheurs ont projeté une impulsion de micro-ondes dans un capteur composé de deux types de métaux : des super-conducteurs, qui permettent aux signaux électriques de circuler librement, et des conducteurs standards, qui génèrent de la résistance.
« Cette combinaison de métaux rend la super-conductivité d’une fragilité telle qu’elle se dégrade immédiatement si la température dans le conducteur ultrafroid augmente même légèrement. Cela rend le dispositif extrêmement sensible », déclare Möttönen, également co-fondateur de IQM.
Après avoir filtré le bruit de fond, l’équipe a confirmé que l’appareil a pu déceler une impulsion électromagnétique transportant seulement 0,83 zeptojoules d’énergie. Il s’agit d’une première entraînant un niveau de sensibilité jusqu’alors inégalé pour un appareil de mesure calorimétrique.
Perspectives pour la technologie quantique et la recherche sur la matière noire
Selon les chercheurs, cette technologie pourrait, à terme, être utilisée pour compter des photons individuels. Möttönen a précisé que l’atteinte d’une telle sensibilité est un objectif poursuivi depuis longtemps tant dans la recherche quantique que dans l’astrophysique.
« Nous souhaitons développer ce montage pour qu’il soit capable de mesurer des signaux d’arrivée aléatoire, ce qui est crucial pour des détections de particules de matière noire comme les axions dans l’espace, sans savoir à quel moment ils pourraient atteindre notre système. »
Le calorimètre présente également un avantage considérable pour les applications en informatique quantique, car il fonctionne à des températures millikelvin ultrafroides, identiques à celles requises par les qubits.
« Un calorimètre fonctionne dans les mêmes conditions de température millikelvin que celles nécessaires aux qubits. Cela diminue les perturbations dans le système, car il n’est pas nécessaire d’augmenter la température de l’appareil ou d’amplifier le signal de mesure du qubit pour obtenir un résultat. À l’avenir, notre dispositif pourrait même devenir un composant clé pour lire des qubits dans les ordinateurs quantiques », ajoute Möttönen.
Référence : « Zeptojoule calorimetry » par András Márton Gunyhó, Kassius Kohvakka, Qi-Ming Chen, Jean-Philippe Girard, Roope Kokkoniemi, Wei Liu et Mikko Möttönen, 12 mai 2026, Nature Electronics.
DOI : 10.1038/s41928-026-01615-2
L’équipe a exploité les installations d’OtaNano, l’infrastructure de recherche nationale de la Finlande dédiée aux technologies nano, micro et quantiques. Ce travail résulte principalement du projet Future Makers, financé par la fondation Jane et Aatos Erkko ainsi que la fondation Centennial des industries technologiques de Finlande.
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FAQ
Qu’est-ce qu’un calorimètre ?
Un calorimètre est un appareil qui permet de mesurer des changements d’énergie sous forme de chaleur lors de réactions chimiques ou de changements d’état.
Qu’est-ce qu’un zeptojoule ?
Un zeptojoule est une unité d’énergie équivalente à 10^-21 joules, soit une quantité extrêmement petite d’énergie.
Pourquoi la recherche sur la matière noire est-elle importante ?
La matière noire représente environ 27 % de l’univers, mais elle n’émet ni n’absorbe de lumière, ce qui rend sa détection très complexe. Comprendre sa nature pourrait révolutionner notre compréhension de l’univers.
Quelle est la relation entre la physique quantique et l’informatique quantique ?
L’informatique quantique utilise les principes de la physique quantique pour effectuer des calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs classiques, notamment grâce aux qubits qui peuvent exister dans plusieurs états simultanément.
Quel impact ces avancées peuvent-elles avoir sur d’autres disciplines scientifiques ?
Des mesures précises à des niveaux d’énergie si bas peuvent aussi bénéficier d’autres domaines comme la chimie quantique, la cosmologie et même des applications en biotechnologies.
