Les tests de Bell confirment depuis un demi-siècle la non-localité du monde quantique, mais jusqu'à présent, les expériences avec des particules massives n'utilisaient que leurs états internes, comme le spin. Le mouvement d'une particule est fondamentalement différent : il détermine comment la matière se propage dans l'espace et réagit à la gravité. Ce travail s'inscrit dans la lignée des récentes avancées sur le contrôle des états d'impulsion d'atomes ultra-froids, où des corrélations de Bell ont déjà été observées, mais le choix indépendant des bases de mesure locales pour des modes spatialement séparés restait un défi non résolu.
L'expérience commence avec un condensat de Bose-Einstein d'environ $10^5$ atomes d'hélium-4 métastable. Une impulsion de Bragg courte divise le condensat en trois composantes d'impulsion, dont les collisions produisent des paires d'atomes avec des impulsions opposées, formant deux halos de diffusion sphériques. Pour contrôler indépendamment les phases dans les deux moitiés du halo, on utilise un réseau de Bragg à double résonance créé par modulation d'amplitude du champ laser. Cela permet de réaliser les bases de mesure locales nécessaires au test de Bell. Un interféromètre de type Rarity-Tapster avec des impulsions miroir et séparatrice recombine les chemins des paires, et un détecteur à microcanaux reconstitue les impulsions tridimensionnelles des atomes.
La fonction de corrélation de Bell mesurée montre une dépendance cosinusoïdale en fonction de la somme des phases avec une visibilité V = 0.93(2), ce qui est en accord avec un modèle tenant compte de la contribution des états de Fock supérieurs et du moyennage sur les fenêtres de détection finies. Pour quatre réglages de phases choisis, le paramètre CHSH est S = 2.52 ± 0.17, ce qui viole la limite du réalisme local S ≤ 2 d'environ trois écarts types. C'est la première preuve directe de corrélations non locales dans les états d'impulsion de particules massives.
Contrairement aux travaux voisins qui se limitaient à l'observation de corrélations de Bell ou à des propositions théoriques, ici est réalisé pour la première fois un test de Bell complet avec choix indépendant des phases locales pour des modes d'impulsion spatialement séparés. Cela achève un objectif de longue date de l'optique atomique quantique et ouvre un nouveau régime pour l'étude de la non-localité dans les ondes de matière, tout en créant une plateforme pour tester l'interaction entre mécanique quantique et gravité.
Le réseau de Bragg à double résonance permet des mesures dans des bases interférométriques arbitraires, ce qui permettra de réaliser une tomographie complète des états quantiques et de caractériser l'intrication multiparticulaire. À terme, la plateforme pourrait être étendue à des mélanges d'isotopes d'hélium-3 et d'hélium-4 pour étudier l'influence de la masse sur la non-localité quantique et la gravité.
Les résultats influenceront l'interférométrie atomique de précision, l'information quantique à variables continues et les tests fondamentaux de la gravité quantique.
Les prochaines étapes comprennent l'augmentation de la statistique pour renforcer la significativité de la violation, ainsi que l'adaptation du schéma pour travailler avec des paires d'atomes intriqués de masses différentes.
Ce travail est directement lié au problème ouvert de la conciliation de la mécanique quantique et de la relativité générale : tester la non-localité dans le mouvement de particules massives rapproche les expériences du régime où les effets gravitationnels pourraient influencer les corrélations quantiques.
Cette section s'adresse à l'auteur du travail et à ses collègues. Les travaux voisins ont été trouvés par une recherche sémantique dans notre archive, et non par correspondance de mots. Nous n'évaluons pas : nous montrons le champ autour.
Ce que fait ce travail
Les auteurs ont réalisé un test de Bell sur des états impulsionnels de particules massives, en utilisant des paires d'atomes d'hélium intriqués en impulsion issues d'un condensat de Bose-Einstein. Grâce à un réseau de Bragg à double résonance, ils ont contrôlé indépendamment les phases dans des modes spatialement séparés et mesuré le paramètre CHSH S = 2.52 ± 0.17, violant la limite classique de trois écarts types. C'est la première preuve directe de corrélations non locales dans les degrés de liberté externes de particules massives.
Où est sa force
Ce travail atteint un objectif de longue date de l'optique atomique quantique : un test de Bell complet avec un choix indépendant des bases locales pour les modes impulsionnels. La plateforme créée combine une haute visibilité des corrélations et une résolution tridimensionnelle des impulsions, ouvrant la voie à l'étude de l'interaction entre la mécanique quantique et la gravité.
Vers où avancer
À essayer
Pourquoi cela peut compter
L'extension des tests de Bell aux degrés de liberté externes de particules massives ouvre une voie expérimentale pour examiner des questions fondamentales sur la nature quantique de la gravité et les limites de la mécanique quantique dans un espace-temps courbe.
Travaux voisins dans notre archive
L'archive est vide autour de ce travail : l'analyse la plus proche n'est qu'à 0.55, contre 0,64 d'ordinaire. Il semble qu'on ait peu foré à côté.
Le détecteur se trouvait à 848 mm sous le piège, et les atomes y tombaient pendant environ 0.416 seconde, leur vitesse au moment de la détection atteignant environ 65 mm/s.