Un micromaser issu d'un circuit micro-ondes express
Un laser ordinaire est un amplificateur de lumière dans lequel des atomes, après avoir reçu de l'énergie, émettent ensemble des ondes de même fréquence. Le maser fait la même chose, mais pour les micro-ondes, ce rayonnement invisible qui réchauffe les aliments dans le four à micro-ondes et transmet les signaux dans les téléphones. Dans ces nouveaux travaux, les physiciens ont construit un maser non pas à partir d'un gaz ou d'un cristal, mais à partir d'un circuit électrique supraconducteur, où un élément artificiel à plusieurs niveaux d'énergie remplace un véritable atome.
Un tel dispositif est appelé micromaser car il est minuscule et fonctionne avec des paquets individuels de rayonnement micro-onde. Les auteurs ont réglé le circuit de sorte que l'atome artificiel soit d'abord pompé avec de l'énergie par un ton micro-onde externe, puis la restitue à l'onde, l'amplifiant. C'est comme une balançoire : si on la pousse en rythme, elle oscille de plus en plus fort.
La principale valeur de l'expérience réside dans la flexibilité de la plateforme. Les circuits supraconducteurs permettent de définir précisément le nombre de niveaux d'énergie de l'atome artificiel, son couplage avec le champ et la vitesse à laquelle il perd de l'énergie. On peut ainsi reproduire différents régimes de la physique des masers et les étudier dans des conditions contrôlées. Cela pourrait aider à mieux comprendre le comportement des amplificateurs quantiques et à construire des détecteurs de micro-ondes plus sensibles.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.05105
We demonstrate a circuit QED analog of an atomic micromaser that utilizes an artificial, multi level atom, pumped into a population-inverted state by a microwave tone, as the gain medium. Our demonstration is enabled by the flexibility of the circuit QED platform, which allowed us to precisely engineer the level-structure, coupling, and dissipation of the micromaser components. Our device shows rich physics and perhaps points to ways to use the recent developments in the domain of microwave quantum circuits to probe the domain of maser physics.
Le premier maser utilisait un faisceau de molécules d'ammoniac et était si précis qu'on l'appelait « horloge atomique » – il a aidé à vérifier la théorie de la relativité d'Einstein.