Un chat de Schrödinger en saphir montre que les effets quantiques peuvent être amplifiés.

Dans le plus pur respect de la grande tradition des chats potelés, un nouveau "chat" quantique créé récemment est particulièrement massif - du moins pour le royaume quantique.

Des scientifiques ont placé un morceau de cristal de saphir tremblotant dans ce qu'on appelle un "état de chat", dans lequel un objet existe simultanément dans deux états différents. C'est une situation rappelant le chat imaginaire favori des physiciens, le chat de Schrödinger, connu pour être à la fois vivant et mort.

Les physiciens rapportent dans le numéro du 21 avril de Science que le nouveau chat en saphir pèse 16 microgrammes, soit près de la moitié du poids d'un cil, et plus de 100 billions de fois le poids des chats quantiques créés auparavant avec des molécules. "Nous avons atteint un nouvel état où la mécanique quantique fonctionne apparemment", déclare le physicien Yiwen Chu de l'ETH Zurich.

Dans une parabole quantique imaginée dans les années 1930 par le physicien Erwin Schrödinger, un chat est piégé dans une boîte et, en raison des effets quantiques, se retrouve vivant et mort en même temps. Ce scénario paradoxal ne se produit pas dans le monde réel. Bien que les particules quantiques soient capables d'exister simultanément dans deux états distincts, ce qui s'appelle une superposition, ces effets sont ineffaçables pour les objets de taille de chats.

Les effets quantiques sont généralement confinés aux atomes, aux molécules, et ainsi de suite. Le monde quotidien visible à l'œil humain ne présente pas les propriétés quantiques. Les scientifiques peuvent inciter certains petits objets à afficher des caractéristiques quantiques. Mais les scientifiques ne comprennent pas entièrement la frontière entre les domaines quantique et non quantique.

"Nous n'avons vraiment commencé à comprendre que ce régime intermédiaire", déclare Benjamin Sussman de l'Université d'Ottawa, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. "C'est d'un intérêt vraiment profond de voir comment ces systèmes quantiques s'échelonnent et comment ils se comportent."

Les états de chat sont une variété spéciale de comportement quantique qui se rapproche de l'idée de Schrödinger. Ce sont des superpositions de deux états qui sont distincts selon la physique classique qui décrit le monde quotidien - comme un chat vivant ou mort - plutôt que deux états qui n'existent que dans le domaine quantique, comme les niveaux d'énergie d'un atome.

Dans la nouvelle expérience, les chercheurs ont secoué une partie d'un cristal de saphir de telle sorte que ses atomes se déplaçaient dans deux directions à la fois. C'est une différence qui "capture l'esprit" du chat de Schrödinger, explique Chu.

La secousse était confinée dans une tranche du cristal constituée de 100 millions de milliards d'atomes. C'est suffisamment grand pour être visible à l'œil nu si on l'extrait du reste du cristal, explique Chu.

Cependant, les oscillations des atomes étaient minuscules, d'environ un millionième de milliardième de millimètre - pas exactement à l'échelle d'objets quotidiens. D'autres démonstrations d'états de chat ont montré une séparation spatiale beaucoup plus importante, malgré le fait qu'ils soient composés de moins d'atomes.

Dans de futurs travaux, Sussman aimerait voir les chercheurs accroître non seulement la masse, mais aussi la taille des oscillations. "Cela va être vraiment difficile, mais cela sera vraiment intéressant."