Un état quantique supersolide observé à température ambiante

Des chercheurs européens ont réussi à observer un état quantique particulièrement inhabituel dans un système associant lumière et matière, sans recourir aux températures extrêmement basses généralement nécessaires à l’étude de ces phénomènes.

Présentée le 3 novembre 2026 par l’Université de Varsovie, en Pologne, cette recherche a été réalisée avec plusieurs partenaires internationaux, notamment IBM Research Zurich et le Centre national de la recherche scientifique (CNRS), en France.

Les résultats, publiés dans la revue Science Advances, concernent un état appelé supersolide, dans lequel certaines propriétés associées aux solides et aux superfluides coexistent.

Cette avancée pourrait contribuer au développement de nouvelles plateformes expérimentales pour la photonique quantique et les capteurs optiques.

Un état de la matière aux propriétés inhabituelles

Dans notre expérience quotidienne, un solide et un liquide possèdent des caractéristiques très différentes.

Un solide conserve généralement une structure ordonnée, tandis qu’un liquide peut s’écouler et prendre la forme de son contenant.

La mécanique quantique permet cependant l’existence d’états collectifs qui combinent des propriétés habituellement considérées comme incompatibles.

C’est notamment le cas de la supersolidité.

Dans un supersolide, les particules présentent une organisation spatiale périodique, comparable à celle d’un cristal, tout en conservant des caractéristiques collectives associées à la superfluidité.

Ce phénomène a été envisagé théoriquement dès les années 1960.

Les premières démonstrations expérimentales de supersolidité ont ensuite été réalisées dans des systèmes atomiques refroidis à des températures proches du zéro absolu.

Mais produire et maintenir de tels états exige généralement des équipements cryogéniques complexes.

L’équipe internationale a exploré une autre approche : utiliser des quasiparticules hybrides associant lumière et matière.

Une microcavité optique pour créer un condensat quantique

Les chercheurs ont utilisé une microcavité contenant un cristal liquide et un semi-conducteur organique.

Dans cette structure, la lumière interagit fortement avec les excitations électroniques du matériau.

Cette interaction donne naissance à des quasiparticules appelées polaritons excitoniques.

Ces polaritons possèdent à la fois des caractéristiques de la lumière et de la matière.

Lorsqu’ils sont produits en quantité suffisante et placés dans des conditions adaptées, ils peuvent former un état collectif appelé condensat de Bose-Einstein.

Dans l’expérience, les chercheurs ont utilisé des impulsions laser pour exciter le système.

Ils ont alors observé l’apparition de motifs lumineux périodiques, constitués de bandes régulièrement espacées.

Ces bandes traduisent une modulation spatiale de la densité du condensat.

Mais un autre résultat a particulièrement intéressé les scientifiques : à chaque nouvelle impulsion laser, les bandes pouvaient apparaître à des positions différentes.

Le système choisissait spontanément l’une des nombreuses configurations possibles.

Ce comportement constitue une manifestation de la brisure spontanée de symétrie, un phénomène fondamental de la physique des transitions de phase.

Les chercheurs ont également observé une organisation périodique de la polarisation lumineuse, appelée hélice de spin persistante.

Ces observations soutiennent l’interprétation d’un état supersolide dans le condensat.

Un phénomène quantique sans refroidissement extrême

L’un des principaux intérêts de cette expérience réside dans sa température de fonctionnement.

Contrairement aux systèmes utilisant des atomes ultrafroids, la microcavité étudiée peut fonctionner à température ambiante.

Les chercheurs indiquent même que certaines structures de ce type peuvent fonctionner à des températures approchant 60 °C.

Cela ne signifie pas que tous les états quantiques complexes peuvent désormais être produits sans refroidissement.

Le résultat concerne un système photonique particulier, utilisant des polaritons dont la durée de vie est extrêmement courte.

Les chercheurs ont également rencontré une difficulté importante : le semi-conducteur organique réagissait progressivement avec le cristal liquide.

Les mesures devaient donc être réalisées dans les heures suivant la fabrication des échantillons.

Cette instabilité constitue l’un des obstacles à surmonter avant d’envisager des dispositifs pratiques.

Quelles applications pour les futures technologies quantiques ?

Les microcavités utilisées présentent un avantage supplémentaire : certaines de leurs propriétés optiques peuvent être modifiées par une tension électrique.

Cette possibilité ouvre des perspectives pour concevoir des systèmes photoniques plus facilement contrôlables.

Les applications envisagées concernent notamment les capteurs optiques très sensibles, les dispositifs photoniques ultrarapides et certaines architectures de calcul neuromorphique.

Ces technologies cherchent à exploiter les propriétés collectives de la lumière et de la matière pour réaliser des fonctions de traitement de l’information.

Pour rappel, un condensat de Bose-Einstein est un état collectif dans lequel un grand nombre de particules ou de quasiparticules adoptent un comportement quantique cohérent.

Dans cette expérience, il ne s’agit pas d’un solide ordinaire qui se mettrait à s’écouler, mais d’un système hybride lumière-matière présentant des propriétés analogues à celles d’un supersolide.

Une avancée fondamentale qui doit encore être approfondie

Les observations expérimentales soutiennent l’existence d’une phase supersolide à température ambiante. Cependant, la caractérisation quantitative de certaines propriétés superfluides nécessite encore des études complémentaires. Les chercheurs devront également améliorer la stabilité des matériaux et démontrer des fonctions technologiques exploitables.

Elle montre néanmoins qu’il devient possible d’explorer des états quantiques complexes dans des dispositifs photoniques fonctionnant sans refroidissement cryogénique.

Une perspective importante pour rendre certaines expériences et technologies quantiques plus accessibles.

Sources : Université de Varsovie, 3 novembre 2026 ; IBM Research Zurich ; CNRS ; Science Advances, « Observation of a supersolid phase in a spin-orbit coupled exciton-polariton Bose-Einstein condensate », DOI : 10.1126/sciadv.aee4875.