Le volcan Etna est situé en Italie. Image: Shawn Appel/Unsplash
Misant sur les effets quantiques, de nouveaux capteurs offrent une sensibilité et une précision inédites.
À l’été 2020, un drôle d’appareil rappelant vaguement le robot R2D2 a été installé au sommet de l’Etna, l’un des volcans les plus actifs du monde. Sa mission : mesurer d’infimes variations de la gravité qui pourraient trahir un afflux de magma dans la cheminée du volcan sicilien, et donc annoncer une éruption imminente. Mis au point par une entreprise française, Muquans, ce gravimètre expérimental dernier cri est, vous l’aurez deviné… quantique.
Car si la sensibilité des systèmes quantiques est un défi pour construire des ordinateurs efficaces, elle peut être un sacré atout dans le domaine des capteurs. « Les capteurs quantiques sont la technologie qui va être prête le plus vite sur le marché. Au Québec, il y a déjà des compagnies minières qui sont intéressées par des magnétomètres quantiques [pour déceler des gisements], même s’ils ne sont pas encore tout à fait prêts pour des applications commerciales », indique Samy Bjaiji, de l’organisme Québec Quantique.
Gravité, champ magnétique, température, activité neuronale… Les dispositifs quantiques promettent des mesures extrêmement précises grâce, entre autres, à des atomes refroidis à l’extrême et placés dans un état de superposition quantique, comme ce qu’on utilise dans les horloges atomiques. Se comportant comme des ondes, ils peuvent alors être séparés et emprunter des chemins différents, puis être recombinés – le résultat de cette interférence permet de déduire les différences minimes entre les deux trajets, témoignant des forces subies en chemin. Si on laisse les atomes tomber sous l’effet de la gravité, on peut ainsi mesurer les forces d’accélération ou de rotation. Le gravimètre de Muquans, par exemple, permet d’évaluer l’accélération de la pesanteur avec une incertitude 1 milliard de fois plus faible que la valeur de la pesanteur, g.
Autres outils en vogue pour obtenir des magnétomètres : des cavités nichées dans des diamants artificiels, dans lesquelles des électrons flottent librement et détectent les variations de leur environnement.
Si les applications sont prometteuses pour le domaine biomédical et l’industrie, la science fondamentale, elle aussi, a tout à gagner à accéder à des mesures ultraprécises. « Quand on mesure des choses qu’on n’était pas capables de mesurer avant, on fait des découvertes, dit avec enthousiasme Alexandre Blais. Les progrès du domaine quantique permettent depuis peu d’envisager de déceler les axions, des particules qui pourraient constituer la matière noire dans l’Univers. En présence d’un champ magnétique, ils sont censés se transformer en photons. Maintenant, on peut mesurer ces photons à toutes les plages de fréquence, y compris micro-ondes [et donc élargir le champ de recherche]. C’est incroyable, j’en ai presque des frissons ! »
