Des chercheurs ont mis en lumière le processus quantique de l’intrication distillable en développant une expression mathématique exacte pour ce processus.
Un physicien mathématicien du RIKEN et un collaborateur ont obtenu une expression exacte pour un processus clé nécessaire dans de nombreuses technologies quantiques. Cela pourrait contribuer à orienter les progrès des technologies quantiques.
De nombreuses technologies quantiques émergentes, telles que l’informatique et la communication quantiques, reposent sur l’intrication.
Décrit par Einstein comme une « action étrange à distance », l’enchevêtrement est le phénomène mystérieux par lequel deux particules ou plus deviennent si étroitement interconnectées que, quelle que soit la distance qui les sépare, elles présentent des « corrélations quantiques » qui dépassent de loin les relations mutuelles réalisables dans les systèmes classiques.
Les technologies quantiques ont besoin d’états intriqués purs et sans bruit, mais les systèmes réels produisent généralement des états intriqués bruyants et faibles en raison des imperfections physiques des technologies quantiques actuelles.
Pour combler cette lacune, un processus connu sous le nom de distillation d’intrication est utilisé. Également connu sous le nom de purification de l’intrication, ce processus prend de multiples états intriqués bruyants et les convertit en un plus petit nombre d’états intriqués maximaux.
« La distillation d’intrication est essentielle car il existe un fossé entre l’intrication pure requise par les protocoles quantiques et l’intrication bruyante que nous pouvons préparer en laboratoire », indique Bartosz Regula du Centre d’informatique quantique du RIKEN
Mais déterminer mathématiquement la vitesse à laquelle l’intrication peut être distillée à partir d’états quantiques bruyants est extrêmement difficile.
« À l’exception de quelques cas très particuliers, nous sommes incapables d’évaluer la vitesse de distillation de l’intrication », a t-il ajouté. « Cela limite considérablement notre compréhension de la distillation de l’intrication. »
Aujourd’hui, deux chercheurs, de l’université d’Amsterdam (Pays-Bas), ont obtenu une expression exacte pour des conditions moins strictes. Ce n’est que la deuxième fois qu’une telle expression exacte est obtenue dans ce domaine.
Cette avancée permet de faire la lumière sur une question qui remonte à deux décennies. « Une série d’articles publiés il y a une vingtaine d’années prétendaient avoir mis en évidence certains liens entre la distillation d’intrication et l’entropie relative », note une nouvelle fois Bartosz Regula. « Mais ces questions ont fait l’objet d’un regain d’attention ces dernières années, car les preuves mathématiques originales sur lesquelles elles étaient basées se sont révélées défectueuses. »
Il a été surpris de voir qu’une expression exacte était tombée. « Nous nous doutions qu’il pouvait y avoir une relation », explique-t-il. « Mais nous avons été agréablement surpris de trouver une expression exacte pour cette relation.»
L’expression étant basée sur une approximation impliquant un grand nombre d’états quantiques, il faudra attendre un certain temps avant que les expériences n’atteignent une échelle où l’expression sera applicable.
« Il s’agit d’un cas où la théorie est très en avance sur les expériences », conclu le scientifique. « Pour obtenir ces taux, il faudrait manipuler un très grand nombre de systèmes quantiques en même temps, mais les expérimentateurs ont actuellement du mal à manipuler des dizaines ou des centaines de bits quantiques. »
Légende illustration : « Dessin conceptuel représentant une paire de particules quantiques intriquées. Deux chercheurs ont maintenant mis au point une expression mathématique exacte pour l’important processus de distillation de l’enchevêtrement. crédit : Victor de Schwanberg
Lami, L. & Regula, B. Distillable entanglement under dually non-entangling operations. Nature Communications15, 10120 (2024). doi: 10.1038/s41467-024-54201-5
