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Résoudre les mystères quantiques : les physiciens confirment la règle de l'entropie pour l'intrication

SciTechDaily

Des chercheurs du centre RIKEN et de l'université d'Amsterdam ont montré que l'intrication quantique pouvait potentiellement suivre une règle similaire à celle de l'entropie, suggérant sa réversibilité et fournissant des informations susceptibles de simplifier la manipulation des systèmes quantiques, contribuant ainsi aux progrès de l'informatique quantique. Crédit : Issues.fr.com

De nouvelles recherches ont établi un cadre réversible pour l’intrication quantique, l’alignant sur les principes de la thermodynamique et ouvrant la voie à une meilleure manipulation et compréhension des ressources quantiques.

Bartosz Regula, du Centre d’informatique quantique RIKEN, et Ludovico Lami, de l’Université d’Amsterdam, ont démontré par des calculs probabilistes l’existence d’une règle d’« entropie » pour l’intrication quantique. Cette découverte pourrait améliorer notre compréhension de l’intrication quantique, une ressource cruciale qui sous-tend le potentiel des futurs ordinateurs quantiques. Bien que l’intrication quantique soit un sujet de recherche en informatique quantique depuis des décennies, les méthodes optimales pour son utilisation efficace restent largement inconnues.

La deuxième loi de la thermodynamique, selon laquelle un système ne peut jamais évoluer vers un état d’« entropie » ou d’ordre inférieur, est l’une des lois les plus fondamentales de la nature et se trouve au cœur même de la physique. C’est elle qui crée la « flèche du temps » et nous révèle le fait remarquable que la dynamique des systèmes physiques généraux, même extrêmement complexes comme les gaz ou les trous noirs, est encapsulée par une seule fonction, son « entropie ».

Les défis de l'intrication quantique

Il y a cependant une complication. On sait que le principe d’entropie s’applique à tous les systèmes classiques, mais aujourd’hui, nous explorons de plus en plus le monde quantique. Nous traversons actuellement une révolution quantique et il devient crucial de comprendre comment nous pouvons extraire et transformer les ressources quantiques coûteuses et fragiles. En particulier, l’intrication quantique, qui offre des avantages considérables en matière de communication, de calcul et de cryptographie, est cruciale, mais en raison de sa structure extrêmement complexe, la manipuler efficacement et même comprendre ses propriétés de base est généralement beaucoup plus difficile que dans le cas de la thermodynamique.

La difficulté réside dans le fait qu’une telle « deuxième loi » pour l’intrication quantique nous obligerait à montrer que des transformations d’intrication peuvent être réalisées réversibletout comme le travail et la chaleur peuvent être interconvertis en thermodynamique. On sait que la réversibilité de l'intrication est beaucoup plus difficile à garantir que la réversibilité des transformations thermodynamiques, et toutes les tentatives précédentes pour établir une forme quelconque de théorie réversible de l'intrication ont échoué. On a même soupçonné que l'intrication pourrait en fait être irréversible, rendant la quête impossible.

Une avancée majeure dans la réversibilité de l'intrication

Dans leur nouvel ouvrage, publié dans Nature CommunicationsLes auteurs résolvent cette conjecture de longue date en utilisant des transformations d’intrication « probabilistes », dont le succès n’est garanti que dans une certaine mesure, mais qui, en retour, offrent une puissance accrue dans la conversion des systèmes quantiques. Dans le cadre de tels processus, les auteurs montrent qu’il est en effet possible d’établir un cadre réversible pour la manipulation de l’intrication, identifiant ainsi un contexte dans lequel une « entropie d’intrication » unique émerge et toutes les transformations d’intrication sont régies par une seule quantité. Les méthodes qu’ils ont utilisées pourraient être appliquées plus largement, montrant des propriétés de réversibilité similaires également pour des ressources quantiques plus générales.

Selon Regula, « nos résultats marquent une avancée significative dans la compréhension des propriétés de base de l’intrication, révélant des liens fondamentaux entre l’intrication et la thermodynamique et, surtout, simplifiant considérablement la compréhension des processus de conversion de l’intrication. Cela a non seulement des applications immédiates et directes dans les fondements de la théorie quantique, mais cela aidera également à comprendre les limites ultimes de notre capacité à manipuler efficacement l’intrication dans la pratique. »

« Notre travail est la première preuve que la réversibilité est un phénomène réalisable dans la théorie de l’intrication », poursuit-il. « Cependant, des formes de réversibilité encore plus fortes ont été conjecturées, et il y a de l’espoir que l’intrication puisse être rendue réversible même sous des hypothèses plus faibles que celles que nous avons formulées dans notre travail – notamment, sans avoir à s’appuyer sur des transformations probabilistes. Le problème est que répondre à ces questions semble beaucoup plus difficile, nécessitant la résolution de problèmes mathématiques et de théorie de l’information qui ont échappé à toutes les tentatives de les résoudre jusqu’à présent. Comprendre les exigences précises pour que la réversibilité soit valable reste donc un problème ouvert fascinant. »

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cc AMISOM Public Information, modified, AMISOM Public Information AMISOM & Somali National Army operation to capture Afgoye Corridor Day #5 03 Ugandan soldiers serving with the African Union Mission in Somalia (AMISOM) are seen on the the back of military trucks 25 May 2012 in the town of Afgoye to the west of the Somali capital Mogadishu as they prepare to deploy south of the town on the road to Merka. An joint-AMISOM and Somali National Army (SNA) offensive has driven the Al-Qaeda-affiliated extremist group Al Shabaab from the strategically important area of the Afgoye corridor, which the group used as a base to launch attacks inside Mogadishu and is also home to hundreds of thousands of refugees. With the extremists gone, the area is now secure for humantarian aid to reach the internally displaced peoples camps and opens the road between the agriculturally productive area of Afgoye and the Somali capital, allowing freedom of movement of goods, produce and people alike. AU-UN IST PHOTO / STUART PRICE.

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