Un an après presque exclure la possibilitéDeux physiciens théoriciens du Japon et des Pays-Bas ont découvert que l’intrication quantique a quelque chose de fondamental en commun avec la physique qui alimente les machines à vapeur, sèche vos chaussettes et peut-être même maintient la flèche du temps pointée dans une direction.
Cette propriété universelle, si elle existe comme ils le suggèrent, régirait toutes les transformations entre systèmes intriqués et donnerait aux physiciens un moyen de mesurer et de comparer l’intrication au-delà du comptage des qubits – et de connaître leurs limites pour la manipulation des paires intriquées.
L’intrication quantique, la tendance du flou quantique de différents objets à fusionner mathématiquement, est un élément fondamental de l’informatique quantique avec superposition. Lorsque des particules, des atomes ou des molécules sont intriqués, connaître quelque chose sur l’un nous en dit long sur l’autre.
Dans leur quête pour réaliser ces rêves informatiques, les physiciens se sont principalement préoccupés de savoir comment tordre deux particules dans un état intriqué et ne pas les perturber afin qu’elles ne se désagrègent pas et transmettent des informations de manière fiable sur de grandes distances.
Cependant, on s’est moins demandé si les particules intriquées pouvaient être transformées d’un état quantique à un autre, quelle serait la difficulté, combien d’arrangements possibles existent et si le processus d’intrication était finalement réversible.
En thermodynamique, la réversibilité décrit des processus idéaux qui peuvent être annulés de manière à laisser le système – et l’univers – effectivement inchangés. Par exemple, transformer l’eau en vapeur avec de la chaleur peut entraîner un piston, tandis qu’un piston poussant la vapeur peut la ramener à un état liquide chauffé.
Si les états intriqués peuvent également être défaits, même en théorie, cela pourrait signifier d’autres similitudes avec thermodynamique pourrait indiquer une vérité plus profonde en mécanique quantique.
“Notre travail constitue la toute première preuve que la réversibilité est un phénomène réalisable dans la théorie de l’intrication”, dire le physicien quantique Bartosz Regula, du Centre RIKEN d’informatique quantique au Japon, qui a collaboré avec Ludovico Lami de l’Université d’Amsterdam sur l’étude.
“Non seulement cela aura des applications immédiates et directes sur 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”, a déclaré Regula. ajoute.
Les processus réversibles ne peuvent pas se produire dans la réalité, grâce à la deuxième loi de la thermodynamique. Résumé dans un concept connu sous le nom de entropiecela signifie qu’il est peu probable que tout nouvel état dans un système fermé ait l’énergie nécessaire pour s’inverser complètement après un changement.
Voulez-vous inverser ce tampon ? Vous devrez puiser de l’énergie ailleurs. Puisque l’univers est un système fermé et ne peut obtenir d’énergie nulle part ailleurs, son entropie augmentera sans cesse.
Compte tenu de la relation étroite entre entropie et réversibilité en thermodynamique, l’identification d’un parallèle dans l’intrication pourrait avoir de profondes implications pour la compréhension des transformations quantiques.
Pour établir une « entropie » de l’intrication, Regula et Lami ont dû montrer que les transformations de l’intrication peuvent effectivement être rendues réversibles, tout comme le travail et la chaleur peuvent être transformés en thermodynamique.
La suggestion selon laquelle il existe une forme « d’entropie » de l’intrication est un revirement soudain de la part de Regula et Lami, qui ont publié l’année dernière un étudier dans Physique naturelle qui a soutenu qu’il n’existait après tout aucune autre loi de manipulation de l’intrication.
Le couple fini que parce que les particules intriquées entraîneraient toujours une certaine perte de cet intrication qui ne pourrait jamais être entièrement récupérée, il serait impossible de transformer un état ou une ressource quantique en un autre et vice-versa.
“Nous pouvons conclure qu’aucune grandeur, telle que l’entropie d’intrication, ne peut nous dire tout ce qu’il y a à savoir sur les transformations autorisées des systèmes physiques intriqués.” Lami dit alors.
Mais ces résultats ne les ont pas dissuadés. Ils j’ai pensé que cela suggérait qu’une théorie unifiée de l’intrication, si elle existait, était bien plus complexe que les lois classiques de la thermodynamique. Alors ils ont continué à grignoter.
Leur dernière offre, utilisant des transformations d’intrication probabilistes qui ne fonctionnent que de temps en temps mais fournissent plus de puissance, montre qu’un cadre réversible pour l’intrication pourrait être possible.
Mais Regula admet que démontrer comment les transformations de particules intriquées peuvent fonctionner dans la pratique, et pas seulement montrer que cela est statistiquement possible, implique d’aborder des problèmes mathématiques « qui ont jusqu’à présent échappé à toutes les tentatives pour les résoudre ».
De plus, les travaux des deux hommes s’écartent des tentatives précédentes visant à caractériser certaines transformations quantiques, car ils ne prennent en compte que les transformations qui pourraient être réalisées avec une certaine probabilité, aussi infimes soient-elles. Par conséquent, ces probabilités pourraient ne pas suffire à démontrer dans la pratique l’existence de transformations répétables et réversibles d’états intriqués.
“Ainsi, comprendre les exigences précises pour que la réversibilité soit maintenue est un problème ouvert et fascinant.” dit Régula.
L’étude est publiée dans Communication naturelle.
