Les chercheurs en quantique du XXIe siècle font partie d’un réseau international qui nécessite beaucoup d’interaction et de communication. Une centaine de publications sur le sujet sont réalisées chaque jour, souvent par des auteurs travaillant en étroite collaboration les uns avec les autres. Les nouveaux développements et découvertes sont rapidement intégrés dans le domaine, généralement en quelques semaines seulement. Les chercheurs s’appuient immédiatement sur ces résultats avec des idées innovantes. Voilà à quoi ressemble la vie quotidienne dans le domaine de la théorie quantique, à l’heure où l’on célèbre le centième anniversaire du développement initial de la mécanique quantique.
En l'honneur de cette étape importante, l'UNESCO a déclaré 2025 Année internationale de la science et de la technologie quantiques. L'une des dernières découvertes de cette année spéciale vient d'un groupe de recherche international dirigé par le physicien quantique Jens Eisert, professeur à la Freie Universität Berlin. Le groupe’Les découvertes surprenantes ont apporté une contribution significative aux scientifiques’ compréhension de l'intrication quantique.
Leur étude, « Entanglement Theory with Limited Computational Resources », a été récemment publiée dans la revue Physique naturelle. L’article montre que, dans la pratique, la méthode établie utilisée pour mesurer les corrélations en mécanique quantique pourrait ne pas fonctionner exactement comme on le supposait auparavant.
Dans les années 1920, les physiciens ont jeté les bases de la mécanique quantique, devenue depuis une théorie fondamentale de la physique. La théorie quantique vise à expliquer le comportement de la matière et de la lumière à la plus petite échelle, comme celle des atomes et des photons. Contrairement à la physique classique, ces particules peuvent exister simultanément dans différents états et être « intriquées » les unes avec les autres sur de grandes distances. La théorie de l’intrication est un aspect central de la mécanique quantique et a ouvert la voie à de nombreuses avancées technologiques modernes, comme les puces informatiques, les lasers et les ordinateurs quantiques. Il a également joué un rôle déterminant dans le développement de communications sécurisées et dans la compréhension des matériaux quantiques.
Jusqu'à récemment, les scientifiques pensaient généralement que les états quantiques intriqués pouvaient être préservés et manipulés efficacement en laboratoire tout en effectuant des opérations quantiques complètement générales sans autre contrainte que la localité. Des recherches récentes suggèrent cependant que les applications pratiques de l’intrication quantique, en particulier dans l’informatique quantique, sont plus limitées qu’on ne le pensait auparavant. Cela peut être attribué à des contraintes informatiques, même lorsque les conditions sont idéales.
« Pendant longtemps, notre compréhension de l'intrication reposait sur des hypothèses idéalisées », explique Eisert. « Nos travaux montrent désormais que des divergences fondamentales apparaissent dans les mesures clés de l'informatique quantique lorsqu'elles sont effectuées dans des conditions réalistes, c'est-à-dire efficaces. »
Cette prise de conscience a conduit l’équipe de chercheurs à introduire deux chiffres clés de mérite en physique quantique : l’intrication computationnelle distillable et le coût de l’intrication computationnelle. Ces deux chiffres quantifient les taux d'intrication dans les états quantiques, sous forme de bits intriqués (ebits), dans certaines conditions restreintes.
L'étude pourrait changer fondamentalement les scientifiques’ compréhension de la manière dont l'information quantique est traitée et souligne l'importance de prendre en compte les ressources informatiques dans l'exécution de ces tâches. En outre, il présente une nouvelle solution potentielle aux problèmes actuels liés à l’efficacité de l’informatique quantique, au-delà des simples problèmes matériels. Cette approche établit un nouveau lien entre l'informatique théorique, qui traite de la complexité et de la difficulté des opérations informatiques, et la physique, qui tente de comprendre la nature.
Eisert note également que leurs résultats mettent en évidence une certaine contradiction dans la théorie quantique qui est jusqu’ici passée inaperçue. « Il semble que deux domaines de recherche importants ne communiquaient pas suffisamment entre eux, à savoir les experts en théorie de l'intrication et les experts en algorithmes quantiques », dit-il.
C'est précisément ce type d'échange qui est au cœur de leurs travaux actuels, qui soulignent que des questions de recherche passionnantes émergent souvent à ces points de contact entre les domaines, ou comme le dit Eisert : « Dans le ‘écarts culturels’ ou le long des lignes de failles tectoniques des connaissances établies. La théorie quantique ne fait pas exception ici. »
