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.
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.