Les chercheurs ont identifié la frontière entre la physique quantique et certains encore encore inconnus en analysant mathématiquement toutes les mesures possibles des systèmes quantiques simples
Existe-t-il une connexion plus extrême que l'intrication quantique?
L'intrication quantique peut relier deux objets même lorsqu'ils sont séparés par des distances extrêmement grandes. Mais une nouvelle étude a trouvé une limite à laquelle de telles corrélations quantiques s'arrêtent – et étonnamment, quelque chose de plus fort peut commencer.
«Honnêtement, nous sommes au bord de la science ici», explique Jean-Daniel Bancal à l'Université de Paris-Saclay en France.
Pour vérifier que deux objets quantiques sont empêtrés, les physiciens utilisent ce que l'on appelle les tests de cloche: ils mesurent à plusieurs reprises le système pour découvrir tous les états possibles dans lesquels il pourrait être, puis créer une «distribution de probabilité» pour montrer à quel point le système doit être probable dans l'un de ces états.
Bancal et Victor Barizien, également à l'Université de Paris-Saclay, ont maintenant calculé exactement les distributions de probabilité autorisées par la théorie quantique. Si les objets quantiques ont une distribution de probabilité qui ne correspond à aucun d'entre eux, cela suggère qu'ils appartiennent réellement à une théorie plus exotique et post-quanttum.
Les physiciens ont commencé à étudier cette idée dans les années 1980, et depuis lors, plusieurs équipes de recherche ont permis de découvrir une frontière entre le comportement quantique et post-quanttum. De leur côté, Barizien et Bancal se sont concentrés sur un système quantique qui ne pourrait être que dans l'un des deux États. Un exemple de ceci est un bit quantique ou un qubit – le bloc de construction des ordinateurs quantiques et des dispositifs de communication quantique.
Normalement, les physiciens calculeraient la distribution de probabilité de ces états en fonction des détails physiques de l'objet. Mais la paire a conçu un moyen d'inverser cette méthode: au lieu de cela, ils ont commencé avec les nombreuses distributions de probabilité possibles et déterminés qui pourraient être adaptés à leur système quantique physique.
Auparavant, les chercheurs avaient cartographié certaines distributions de probabilité quantique en étudiant les cas où l'intrication entre les objets était aussi forte que possible. Bancal et Barizien ont réussi à compléter la carte en s'étendant de ces exemples plus extrêmes à tous les cas d'enchevêtrement. Les connexions plus fortes que les enchevêtrements incluses dans la carte seraient la preuve d'un effet post-quanttum.
Barizien dit que c'était comme collecter des pièces d'un puzzle complexe des œuvres passées, de la littérature mathématique et de leurs propres idées, jusqu'à ce qu'ils se réunissent remarquablement avec succès. «Il s'agit d'une grande réussite technique», explique Valerio Scarani à l'Université nationale de Singapour.
Ivan Šupić à l'université Grenoble-Alpes en France dit que la caractérisation pleinement de l'ensemble de toutes les corrélations quantiques possibles devient extrêmement difficile à mesure que les objets deviennent plus complexes – car il y a plus d'états potentiels pour le système. Il est donc notable et important que la nouvelle étude soit exact. Šupić dit que même s'il est assez facile de voir où se terminent les corrélations classiques et que celles quantiques commencent, il est plus problématique de déterminer quand quelque chose quantum se transforme en quelque chose qui est peut-être post-Quantum.
Martin Plesch à la Slovak Academy of Sciences dit que, comme le nouveau travail s'applique aux Qubits, il peut également offrir des outils mathématiques pour rendre les protocoles de communication quantique et informatique plus sécurisés.
En effet, la découverte permet aux chercheurs de se renseigner sur un appareil quantique uniquement en effectuant des mesures de ses propriétés et en déterminant comment ils sont corrélés, au lieu d'avoir à connaître les détails de son matériel – quelque chose qui est impossible pour les appareils informatiques traditionnels. «Nous n'avons pas à faire confiance au fabricant de l'appareil. Nous pouvons simplement tester l'appareil sur« Que fait-il? Et des résultats comme celui-ci rendent les tests plus rigoureux », explique Plesch.
Mais il peut également y avoir des conséquences sur la façon dont nous pensons à la théorie quantique, explique Scarani. Certaines distributions de probabilité qui se situent au-delà des lois post-quantum enfreignent la physique qui les rendraient impossibles à trouver dans la nature. Mais d'autres non. Cela ouvre une grande question: notre monde est-il entièrement à l'intérieur de la bordure quantique – ou non?
La question reste ouverte comme ouverte, d'autant plus qu'il n'y a pas de théories post-Quantum rigoureuses et convenues. Jusqu'à présent, aucune expérience n'a réussi à traverser le bord de la quantification. Mais si jamais cela se produisait, ce seraient les résultats de cette étude qui nous aideraient à réaliser que nous étions allés après le quantum, explique Barizien.
