Comment capturer la gravité lorsqu'elle perturbe le monde quantique
Lorsqu'un miroir massif se trouve dans un état quantique, toutes ses positions et vitesses possibles peuvent être représentées sous la forme d'une ellipse en caoutchouc. La décohérence gravitationnelle est le processus par lequel la gravité froisse lentement cette ellipse, la faisant passer d'une figure nette à une tache floue. Auparavant, on ne savait pas avec quelle précision on pouvait mesurer ce froissement, ni quels états quantiques étaient les plus adaptés pour cela.
Les scientifiques ont étudié un système optomécanique, un dispositif où la lumière interagit avec un miroir en mouvement. Ils ont testé différents types d'états quantiques de la lumière qui servent de sondes. Il s'est avéré que sur des durées courtes (environ 2 secondes), les états comprimés du vide sont les plus appropriés : ils permettent de mesurer la décohérence gravitationnelle avec une précision 2.5 fois supérieure à celle des états cohérents ordinaires. Mais les états comprimés se dégradent plus rapidement à cause de ce même bruit gravitationnel, et au bout de 10 secondes, les états cohérents deviennent meilleurs.
Ce travail fournit pour la première fois une recette précise pour les expériences : quels états de la lumière utiliser et à quel moment, afin de mesurer la décohérence gravitationnelle avec la plus grande précision possible. C'est une étape importante vers la vérification des effets quantiques de la gravité en laboratoire.
La vitesse de décohérence gravitationnelle pour un miroir de fréquence 1 Hz ne vaut que 10⁻⁸ s⁻¹, ce qui correspond à un temps de décohérence d'environ 3 ans. À titre de comparaison, la décohérence thermique à température ambiante se produit en quelques millisecondes.
L'idée d'un effondrement gravitationnel de la fonction d'onde fait écho au roman de Greg Egan « Quarantine », où les observateurs fixent littéralement la réalité en détruisant les superpositions.