La mécanique quantique est un domaine fascinant, rempli de phénomènes étranges et mystérieux. L’un des plus intrigants est sans doute le rôle que joue la mesure dans la théorie. En effet, une mesure tend à détruire la « quantité » d’un système, créant un lien mystérieux entre le monde quantique et le monde classique.
Dans un grand système de bits d’information quantique, connus sous le nom de « qubits », l’effet des mesures peut induire un comportement radicalement nouveau, voire entraîner l’émergence de phases entièrement nouvelles d’information quantique.
Dans un système quantique, lorsque les qubits interagissent entre eux, leurs informations deviennent partagées de manière non locale dans un «état intriqué». Cependant, si vous mesurez le système, l’intrication est détruite. La bataille entre la mesure et les interactions conduit à deux phases distinctes : une où les interactions dominent et l’intrication est généralisée, et une autre où les mesures dominent, et l’intrication est supprimée.
Comme rapporté aujourd’hui dans la revue Nature, des chercheurs de Google Quantum AI et de l’Université Stanford ont observé le passage entre ces deux régimes – connu sous le nom de «transition de phase induite par la mesure» – dans un système de jusqu’à 70 qubits. Il s’agit de loin du plus grand système dans lequel les effets induits par la mesure ont été explorés.
Une nouvelle forme de téléportation quantique
Les chercheurs ont également observé des signes d’une nouvelle forme de «téléportation quantique» – dans laquelle un état quantique inconnu est transféré d’un ensemble de qubits à un autre – qui émerge à la suite de ces mesures. Ces études pourraient aider à inspirer de nouvelles techniques utiles pour l’informatique quantique.
On peut visualiser l’intrication dans un système de qubits comme une toile complexe de connexions. Lorsque nous mesurons un système intriqué, l’impact qu’il a sur la toile dépend de la force de la mesure. Il pourrait détruire complètement la toile, ou il pourrait couper et élaguer des brins sélectionnés de la toile, mais laisser d’autres intacts.
Vedika Khemani, professeur à Stanford et coauteur de l’étude, conclut : « L’intégration de mesures dans la dynamique ouvre un tout nouveau terrain de jeu pour la physique des corps multiples, où de nombreux types fascinants et nouveaux de phases hors équilibre pourraient être découverts. Nous explorons quelques-uns de ces phénomènes frappants et contre-intuitifs induits par les mesures dans ce travail, mais il y a beaucoup plus de richesses à découvrir à l’avenir.«
En synthèse
La mécanique quantique, avec ses phénomènes étranges et ses défis de mesure, continue de fasciner et de défier les chercheurs. Leurs travaux récents ont permis d’explorer des effets induits par la mesure dans un système de qubits de taille sans précédent.
Ces découvertes, y compris une nouvelle forme de téléportation quantique, pourraient inspirer de nouvelles techniques pour rendre l’informatique quantique plus robuste face au bruit. Le rôle que jouent les mesures dans la conduite de nouvelles phases et phénomènes physiques est également d’un intérêt fondamental pour les physiciens.
Pour une meilleure compréhension
1. Qu’est-ce que la mécanique quantique ?
La mécanique quantique est une branche de la physique qui traite des phénomènes à l’échelle des atomes et des particules subatomiques. Elle est connue pour ses phénomènes étranges et mystérieux, comme l’intrication quantique et la superposition.
2. Qu’est-ce qu’un qubit ?
Un qubit, ou bit quantique, est l’unité de base de l’information quantique. Il est analogue au bit classique utilisé en informatique, mais avec des propriétés quantiques qui lui permettent d’être à la fois dans un état de 0 et de 1 simultanément.
3. Qu’est-ce que la mesure en mécanique quantique ?
La mesure en mécanique quantique est le processus par lequel on obtient des informations sur l’état d’un système quantique. Cependant, la mesure a un effet perturbateur sur le système, détruisant souvent son «quantumness».
4. Qu’est-ce qu’une transition de phase induite par la mesure ?
Une transition de phase induite par la mesure est un phénomène où le système passe d’un régime où les interactions entre qubits dominent à un régime où les mesures dominent. Cela a été observé dans un système de jusqu’à 70 qubits par des chercheurs de Google Quantum AI et de l’Université Stanford.
5. Qu’est-ce que la téléportation quantique ?
La téléportation quantique est un processus par lequel un état quantique inconnu est transféré d’un ensemble de qubits à un autre. Cela a été observé comme un résultat des mesures dans les expériences mentionnées ci-dessus.
Légende illustration principale : Les chercheurs de Google Quantum AI et de l’université de Stanford ont étudié comment les mesures peuvent modifier fondamentalement la structure de l’information quantique dans l’espace-temps. Credit : Google Quantum AI, designed by Sayo-Art
Article : « Measurement-induced entanglement and teleportation on a noisy quantum processor » – https://www.nature.com/articles/s41586-023-06505-7
