Une expression exacte pour un processus clé nécessaire dans de nombreuses technologies quantiques a été dérivée par un physicien mathématique Riken et un collaborateur. Cela pourrait aider à guider les progrès des technologies quantiques.
De nombreuses technologies quantiques émergentes telles que l'informatique quantique et la communication quantique reposent sur l'intrication.
L'intrication est le phénomène mystérieux où deux particules ou plus deviennent si étroitement interconnectées que, quelle que soit la distance entre eux, ils présentent des corrélations quantiques qui dépassent de loin les relations mutuelles réalisables dans les systèmes classiques.
Les technologies quantiques ont besoin d'états enchevêtrés purs et silencieux, mais les systèmes réels produisent généralement des systèmes bruyants et faiblement enchevêtrés en raison des imperfections physiques des technologies quantiques actuelles.
Pour combler cet écart, un processus connu sous le nom de distillation enchevêtrement est utilisé. Également connue sous le nom de purification enchevêtrée, il faut plusieurs états enchevêts bruyants et les convertit en un plus petit nombre d'états enchevêtrés au maximum.
« La distillation enchevêtrée est essentielle car il y a cet écart entre l'enchevêtrement pur dont les protocoles quantiques ont besoin et l'enchevêtrement bruyant que nous pouvons préparer en laboratoire », explique Bartosz Regula du Riken Center for Quantum Computing.
Mais déterminer mathématiquement à quelle vitesse l'intrication peut être distillée à partir des états quantiques bruyants est extrêmement difficile.
« À l'exception de certains cas très spéciaux, nous ne sommes pas en mesure d'évaluer le taux de distillation enchevêtrée », explique Regula. « Cela limite considérablement notre compréhension de la distillation enchevêtrée. »
Maintenant, Regula et Ludovico Lami de l'Université d'Amsterdam aux Pays-Bas ont dérivé une expression exacte pour des conditions moins strictes. Ce n'est que la deuxième fois qu'une telle expression exacte est dérivée sur le terrain. La recherche est publiée dans Communications de la nature.
L'avance aide à faire la lumière sur une question qui remonte à deux décennies. « Une série d'articles il y a environ 20 ans a affirmé avoir montré des liens entre la distillation de l'enchevêtrement et l'entropie relative », note Regula. « Mais ces questions ont reçu une attention renouvelée ces dernières années parce que les preuves mathématiques originales sur lesquelles ils étaient basées contiennent un défaut. »
Regula a été surpris lorsqu'une expression exacte est tombée. « Nous soupçonnons qu'il pourrait y avoir une relation », explique Regula. « Mais ce fut une belle surprise quand nous avons pu trouver une expression exacte pour cela. »
Étant donné que l'expression est basée sur une approximation impliquant un grand nombre d'états quantiques, il faudra un certain temps avant que les expériences n'atteignent une échelle où l'expression devient applicable.
« Il s'agit d'un cas où la théorie est bien en avance sur les expériences », explique Regula. « Pour voir ces taux, nous aurions besoin de manipuler de nombreux systèmes quantiques en même temps, mais les expérimentateurs ont actuellement du mal à manipuler des dizaines ou des centaines de bits quantiques. »
