Métrologie
Le domaine de la métrologie quantique vise à accroître la précision et la sensibilité dans des domaines et des applications très variés. Les capteurs quantiques exploitent la nature quantique de la lumière et de la matière pour mesurer aussi précisément que possible des grandeurs physiques comme la fréquence, l'accélération, les champs électriques et magnétiques, les variations gravitationnelles ou la température. Contrairement aux capteurs classiques qui sont limités par le bruit physique, les capteurs quantiques utilisent des systèmes quantiques individuels ou intriqués, comme des atomes et des photons, en tant que sondes pour détecter d'infimes changements dans leur environnement et enregistrer les phénomènes les plus petits.
Rotation et accélération gravitationnelles
La métrologie quantique offre un nouveau moyen puissant de mesurer des changements dans la gravitation, la rotation et l'accélération. En détectant des changements d'effets incroyablement subtils, elle exploite l'extrême sensibilité des états quantiques aux influences externes. Des dispositifs tels que les interféromètres à atomes froids permettent des mesures ultraprécises des ondes gravitationnelles, de l'accélération et des forces de rotation.
Temps
Les horloges quantiques sont les dispositifs de mesure du temps les plus précis et les plus stables jamais créés. Elles utilisent les propriétés quantiques des atomes pour définir une seconde avec une précision incroyable. Contrairement aux horloges mécaniques ou à quartz traditionnelles, qui reposent sur des oscillations physiques imparfaites, les horloges quantiques utilisent les "tics" constants et identiques des atomes lorsqu'ils passent d'un état énergétique à un autre sous l'effet d'un laser. Les horloges quantiques les plus abouties sont si précises qu'elles ne gagneraient ni ne perdraient une seconde en plus de 15 milliards d'années, soit plus que l'âge de l'univers. La précision sans précédent des horloges quantiques permet des applications dans la navigation (extrêmement précise, au centimètre près) (sans utilisation de signaux satellites), la géodésie et la physique fondamentale.
Champs magnétiques
Au-delà d'un chronométrage précis, les capteurs exploitant les propriétés quantiques pour la détection extrêmement sensible des phénomènes magnétiques peuvent aussi être utilisés pour améliorer considérablement la navigation. En mesurant la rotation, l'accélération, les champs magnétique et gravitationnel de la Terre et le temps, les principaux composants sont disponibles pour un système de navigation inertielle quantique ne nécessitant aucun satellite. Parmi les autres domaines d'application, citons les diagnostics médicaux avancés, les études géologiques et la recherche en science des matériaux.
Détection chimique
La métrologie quantique a des applications pratiques dans le domaine de la détection chimique, notamment pour le développement d'outils de diagnostic hautement sensibles destinés à des applications médicales comme le dépistage de maladies, pour la surveillance avancée de l'environnement en matière de polluants et de gaz à effet de serre, et pour faciliter de nouvelles méthodes de recherche en science des matériaux en caractérisant les molécules à l'échelle nanométrique. Cette technologie offre une sensibilité et une précision inégalées pour détecter des traces de produits chimiques et comprendre les interactions moléculaires.
Imagerie
Les systèmes d'imagerie utilisant les corrélations quantiques (p. ex. l'intrication) peuvent être utilisés pour améliorer la résolution, la sensibilité ou le contraste au-delà des limites classiques. Les domaines d'application typiques sont les applications médicales comme les scanners cérébraux à haute résolution, le dépistage de maladies par l'analyse de signaux biologiques faibles, les essais de matériaux industriels pour identifier les défauts pouvant entraîner des défaillances catastrophiques et les applications de défense comme la surveillance et la navigation améliorées.