Une étude, dont les résultats intitulés «Competition between Spin Echo and Spin Self-Rephasing in a Trapped Atom Interferometer» ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, a permis de faire apparaître une compétition contre-intuitive entre l’écho de spin et l’auto-synchronisation des spins dans un interféromètre à atomes piégés.

Rappelons tout d'abord que «les capteurs quantiques, comme les gyromètres et les accéléromètres, permettent de réaliser des mesures avec des sensibilités record grâce à la manipulation de mieux en mieux maîtrisée des états quantiques d’un gaz d’atomes froids». Pour cela, «la technique de l’écho de spin, empruntée à l’imagerie par résonance magnétique nucléaire, y est très largement utilisée et permet des mesures de très haute sensibilité».

Comme il est essentiel de «réaliser des capteurs compacts, qui peuvent être déployés sur le terrain», il est «avantageux de piéger et guider les atomes magnétiquement ou optiquement, de façon à contrôler et limiter leurs déplacements, tout en autorisant de longues durées de mesure». Cependant, «dans ces systèmes où quelques dizaines de milliers d’atomes sont piégés dans des volumes très petits de 10x10x10 microns, les interactions entre atomes affectent la durée pendant laquelle il est possible d’utiliser les propriétés quantiques de l’ensemble de spins atomiques».

Du fait que les architectures compactes demandent «une maîtrise accrue des interactions des atomes, entre eux et avec leur environnement», car elles «peuvent affecter la cohérence du système», les physiciens du laboratoire SYstèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE) «ont exploité un dispositif expérimental de capteur de forces à atomes ultra-froids pour étudier de manière quantitative un type d’interaction régi par une dynamique périodique». Il est ainsi apparu «une compétition surprenante entre l’écho de spin et la chorégraphie dictée par ces interactions atomiques».

Comme a priori «la modélisation de la dynamique des atomes s’annonçait ardue», le LPS et le LPTMC «ont pu proposer un modèle qui permet une interprétation simple du phénomène observé»: en effet, il montre «que la compétition dépend principalement du rapport entre le délai précis où l’on manipule l’état des atomes à l’aide d’une impulsion micro-onde et la période de leur chorégraphie, qui est elle-même régie par un paramètre expérimental bien maitrisé, le nombre d’atomes».

Au bout du compte, «le modèle théorique et les mesures de précision menées au SYRTE s’accordent remarquablement». Les résultats de cette étude, «qui illustrent l’importance du rôle des interactions dans la dynamique des capteurs atomiques compacts», devraient avoir des répercussions non seulement sur la conception de ces capteurs, «mais aussi sur la physique des systèmes quantiques à N-corps, qui sont confrontés à des problèmes analogues».