Un disque tremblant figé dans l'immobilité quantique express
Refroidi presque au zéro absolu grâce à de l'hélium liquide, un disque semi-conducteur a atteint un niveau d'entropie si bas que ses vibrations thermiques sont devenues inférieures à un phonon — le quantum du son. Une corde de guitare ordinaire, après un pincement, produit des milliards de phonons ; ici, on en a moins d'un, comme une corde figée dans l'incertitude quantique : à la fois en mouvement et immobile.
Pour mesurer ce mouvement microscopique, les chercheurs ont placé une fine fibre optique près du disque. La lumière, en touchant le disque, se diffusait et révélait les phonons. Cette méthode — la spectroscopie des bandes latérales de Brillouin — a montré que le disque contient en moyenne 0,66 phonon. Cependant, la lumière de mesure elle-même réchauffait légèrement le disque, entravant le refroidissement complet — comme un archet qui, au lieu d'apaiser la corde, ajoute des vibrations.
Un tel contrôle sur un objet macroscopique efface la frontière entre notre monde et le monde quantique. Les systèmes refroidis quantiquement deviendront le cœur de capteurs capables de détecter les ondes gravitationnelles ou des molécules individuelles.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2511.15492
Although they have enabled several advances in the field of optomechanics, optomechanical disk resonators have not yet been operated in the quantum regime. We present the first experimental demonstration of an optomechanical disk resonator prepared in the quantum ground state. With a gigahertz frequency, the mechanical breathing mode of the investigated semiconductor disk reaches a level of excitation below a single phonon when cooled in a dilution refrigerator. We quantify the phonon occupancy of the mechanical mode by performing Brillouin sideband spectroscopy: a conical optical fiber is evanescently coupled to the disk optical whispering-gallery mode, and Stokes and anti-Stokes photons scattered by phonon emission and absorption are counted on a single-photon detector. We measure a suppression of the absorption process corresponding to a phonon occupancy of $$0.66\pm0.20$$. We experimentally investigate the mechanisms ruling laser-induced heating, which limits the lowest measurable phonon occupancy, and notably witness an extra-cavity heating effect.
Le refroidissement du disque utilise un mélange d'hélium-3 et d'hélium-4 liquides : lors de la séparation du mélange, de la chaleur est extraite — un peu comme la sueur qui s'évapore refroidit la peau, mais en beaucoup plus efficace.