Une équipe de chercheurs théoriques a utilisé la théorie efficace thermique pour démontrer que l'intrication quantique suit les règles universelles à toutes les dimensions. Leur étude a été publiée en ligne dans Lettres d'examen physique.
« Cette étude est le premier exemple de l'application de la théorie efficace thermique aux informations quantiques. Les résultats de cette étude démontrent l'utilité de cette approche, et nous espérons développer davantage cette approche pour acquérir une compréhension plus approfondie des structures enchevêtrées quantiques », a déclaré l'auteur principal et Kyushu University Institute for Advanced Study Advanced, le professeur Yuya Kusuki.
En physique classique, deux particules qui sont éloignées se comportent indépendamment. Cependant, dans la physique quantique, deux particules peuvent présenter de fortes corrélations quelle que soit la distance entre elles. Cette corrélation quantique est connue sous le nom d'intrication quantique.
L'intrication quantique est un phénomène fondamental sous-jacent aux technologies quantiques telles que le calcul quantique et la communication quantique, et la compréhension de sa structure est importante à la fois théoriquement et pratiquement.
L'une des mesures clés utilisées pour quantifier l'intrication quantique est l'entropie de Rényi. L'entropie de Rényi quantifie la complexité des états quantiques et la distribution des informations, et joue un rôle crucial dans la classification des états quantiques et dans l'évaluation de la faisabilité de la simulation de systèmes quantiques à plusieurs corps.
De plus, l'entropie de Rényi sert d'outil puissant dans les investigations théoriques du problème de perte d'informations sur les trous noirs et apparaît fréquemment dans le contexte de la gravité quantique.
Mais découvrir la structure de l'enchevêtrement quantique est un défi à la fois pour la physique théorique et la théorie de l'information quantique. Cependant, la plupart des études à ce jour ont été limitées à des systèmes (1 + 1) de dimension ou à 1 dimension spatiale plus dimension temporelle. Dans des dimensions plus élevées, l'analyse de la structure de l'enchevêtrement quantique devient beaucoup plus difficile.
Un groupe de recherche dirigé par Kusuki, l'Institut de l'Université de Tokyo Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers (Kavli IPMU, WPI) et le professeur California Institute of Technology (CALTECH) Hirosi Ooguri et le chercheur Caltech Sridip Pal Physique à la théorie de l'information quantique.
L'équipe de recherche s'est concentrée sur la théorie efficace thermique, qui a récemment conduit à des progrès majeurs dans l'analyse des théories de plus grande dimension en physique des particules. Il s'agit d'un cadre théorique conçu pour extraire le comportement universel de systèmes complexes, basé sur l'idée que les quantités observables ne peuvent souvent être caractérisées que par un petit nombre de paramètres.
En introduisant ce cadre dans la théorie de l'information quantique, l'équipe a analysé le comportement de l'entropie de Rényi dans des systèmes quantiques de plus grande dimension.
L'entropie de Rényi est caractérisée par un paramètre appelé numéro de réplique. L'équipe a démontré que, dans le régime du petit nombre de répliques, le comportement de l'entropie de Rényi est universellement régi par seulement quelques paramètres, tels que l'énergie Casimir, une quantité physique clé dans la théorie.
En outre, en tirant parti de ce résultat, l'équipe a clarifié le comportement du spectre d'enchevêtrement dans la région où ses valeurs propres sont importantes. Ils ont également étudié comment le comportement universel change en fonction de la méthode utilisée pour évaluer l'entropie de Rényi.
Ces résultats sont non seulement dans les dimensions (1 + 1), mais aussi dans des dimensions arbitraires d'espace-temps, marquant une étape significative dans la compréhension des structures enchevêtrées quantiques dans des dimensions plus élevées.
La prochaine étape pour les chercheurs consiste à généraliser et à affiner ce cadre. Ce travail représente la première démonstration que la théorie effective thermique peut être appliquée efficacement à l'étude des structures enchevêtrées quantiques en dimensions plus élevées, et il reste suffisamment d'espace pour développer davantage cette approche.
En améliorant la théorie effective thermique avec les applications d'information quantique à l'esprit, les chercheurs pourraient acquérir une compréhension plus approfondie des structures enchevêtrées quantiques dans des systèmes de dimension supérieure.
Du côté appliqué, les idées théoriques tirées de cette recherche peuvent entraîner des améliorations des méthodes de simulation numérique pour les systèmes quantiques à plus grande dimension, proposer de nouveaux principes pour classer les états quantiques quantiques et contribuer à une compréhension théortique quantique de la gravité quantique. Ces développements sont prometteurs pour les applications futures larges et percutantes.
