Un cadre inspiré par l'évolution peut démontrer pourquoi deux observateurs voient le même monde non quanttum émerger des nombreuses probabilités floues du domaine quantique
Le domaine quantique est plein de probabilités floues
Le domaine quantique est notoirement plein d'incertitudes, mais des observateurs comme nous parviennent toujours à s'entendre sur la façon dont nous en faisons l'expérience de manière très concrète. Un cadre quantique inspiré des principes évolutifs peut expliquer comment un tel consensus est possible – et maintenant les chercheurs l'ont prouvé mathématiquement.
«Chaque jour, lorsque vous sortez, vous voyez des choses. Et vous les voyez comme localisées. Vous ne voyez pas de fonctionnalités quantiques étranges. Donc, la question est, comment pouvons-nous connecter ce fossé entre quantum et classique?» dit Akram Touil au Los Alamos National Laboratory (LANL) au Nouveau-Mexique.
Un cadre appelé Darwinisme quantique pourrait établir cette connexion. Proposé en 2000 par Wojciech Zurek, également à LANL, cette idée utilise un processus similaire à la sélection naturelle pour montrer comment nous finissons par voir un monde non Quantum et en accordant à ce que c'est.
Le monde quantique est plein de flou existentiel: chaque objet quantique est un nuage d'états possibles d'être jusqu'à ce qu'il soit mesuré ou observé, à quel point il suppose un état bien défini ou «classique». Les physiciens ont débattu de ce que le mécanisme sous-tend cette transition depuis des décennies. Avec le darwinisme quantique, Zurek a suggéré que les États que nous voyons sont finalement plus robustes que le reste dans le nuage des possibilités – dans le langage de la sélection naturelle, ces états sont plus «en forme».
Lorsqu'un objet quantique interagit avec son environnement, certains de ses états possibles sont détruits, mais ces états spéciaux survivent en se reproduisant. Ainsi, lorsque vous regardez un objet et que vous le voyez comme un peu peu, vous en voyez vraiment un dans la longue chaîne de ces copies.
Dans leur nouveau travail, Touil, Zurek et leurs collègues ont considéré la quantité de deux observateurs que l'on pouvait s'entendre sur les suites de ce processus. Ils ont étudié un scénario où chaque observateur n'a accès qu'à une fraction de l'environnement de l'objet et jamais à l'objet lui-même. Avec ces informations limitées, chaque observateur pourrait se retrouver avec une image mentale très différente de l'objet.
Pour quantifier la différence dans leurs perceptions, l'équipe a calculé les «informations mutuelles» des observateurs, un nombre qui capture le chevauchement entre ce que chacun apprend sur l'objet. Pour une large classe d'objets et d'environnements de différentes tailles, ils ont constaté que les observateurs atteignent un consensus sur le monde non Quantum qu'ils observent.
Jarosław Korbicz à l'Académie polonaise des sciences dit que cela remplit un détail qui avait jusqu'à présent manqué dans le darwinisme quantique, qui, selon lui, est un cadre «brillant et nécessaire» pour comprendre comment nous interagissons avec le monde quantique. «Considérez vous et moi regardant quelque chose, disons mon verre d'eau», dit-il. «Il y a une corrélation entre le verre d'eau et nous voyant, puis la question est:« Y a-t-il une corrélation directe entre moi et vous? Ce travail termine cette image. Plus précisément, les chercheurs ont constaté que cette corrélation existe. «Bien que trivial dans la vie ordinaire, ces questions ne sont pas nécessairement évidentes dans le monde quantique», dit-il.
En plus des calculs mathématiques, Touil et ses collègues ont travaillé avec des chercheurs de l'Université de Zhejiang en Chine pour traduire leur travail en une expérience. Il a utilisé 12 bits quantiques, ou qubits, à l'intérieur d'un ordinateur quantique, avec deux des qubits désignés comme objet et les 10 autres comme environnement. Les chercheurs ont obtenu des données préliminaires sur la façon dont ces états quantiques de ces Qubits changent au fil du temps – et ces résultats étaient cohérents avec les prédictions du darwinisme quantique.
Touil a présenté le travail mathématique et Kiera Salice à l'Université de Houston au Texas a présenté l'expérience le 19 mars au Sommet mondial de la physique de l'American Physical Society en Californie.
Touil dit que c'est la plus grande expérience de ce type à ce jour, mais des études similaires avaient également offert des résultats encourageants dans le passé. De telles expériences renforcent le cas du darwinisme quantique comme une explication de la façon dont le monde quantique devient le monde que nous connaissons, explique Korbicz.
Gerardo Adesso à l'Université de Nottingham au Royaume-Uni dit que le nouveau travail ajoute du poids au darwinisme quantique comme un moyen de comprendre comment le monde classique émerge du quantum, mais il y a encore de la place pour ajouter plus de détails au cadre. Par exemple, les calculs futurs pourraient identifier non seulement la quantité d'observateurs d'accord sur le monde classique qu'ils observent, mais le contenu exact de leurs observations. Et la question demeure de savoir si une trace de quantum peut survivre au processus d'atteindre le consensus, dit-il.
Touil veut également aller au-delà des qubits et explorer comment le darwinisme quantique peut expliquer toute la richesse du monde physique. Par exemple, il veut raconter le travail de son équipe aux états quantiques de matière, qui peuvent être créés en laboratoire avec des matériaux spéciaux ou des atomes extrêmement froids. De cette façon, le darwinisme quantique peut être en mesure d'expliquer non seulement pourquoi nous voyons un monde non diantum, mais aussi pourquoi ce monde contient encore quelques exemples de quantumness.
