ou, pour simplifier, considérons deux quartiers « enchevêtrés”, chacun caché sous une tasse. Si deux personnes, Bob et Alice, devaient chacune prendre l’un de ces quartiers dans une pièce différente, les quartiers resteraient à la fois têtes et queues jusqu’à ce qu’une personne lève la tasse et observe son quartier; à ce moment-là, il deviendrait au hasard soit têtes ou queues. Si Alice soulevait sa coupe en premier et que son quart était tails, alors quand Bob observait son quart, ce serait aussi tails., Si vous avez répété l’expérience et que les pièces sont couvertes une fois de plus, elles redeviendraient dans un État de superposition. Alice lèverait à nouveau sa tasse et pourrait trouver son quart comme têtes cette fois. Bob trouverait alors aussi son quartier comme tête. La question de savoir si le premier trimestre est considéré comme une tête ou une queue est entièrement aléatoire.
de même, lorsqu’un chercheur enchevêtre deux photons et les envoie ensuite dans des directions différentes dans des conditions soigneusement contrôlées, ils continueront à être dans un État de superposition, polarisé horizontalement et verticalement., Ce n’est que lorsque l’un des photons est mesuré que les deux adoptent aléatoirement un seul des deux états de polarisation possibles.
« les corrélations quantiques sont profondément différentes des corrélations ordinaires”, explique Preskill. « Et à l’aléatoire est la clé. Ce hasard intrinsèque fantasmagorique est en fait ce qui a dérangé Einstein. Mais il est essentiel au fonctionnement du monde quantique. »
” les scientifiques utilisent souvent le mot corrélation pour expliquer ce qui se passe entre ces particules », ajoute Oskar Painter, professeur John G Braun de Physique Appliquée et de physique à Caltech., « Mais, en fait, enchevêtrement est le mot parfait. »
intrication au nième degré
démêler la relation entre deux particules intriquées peut être difficile, mais le vrai défi est de comprendre comment des centaines de particules, sinon plus, peuvent être interconnectées de la même manière.
selon Manuel Endres, professeur adjoint de physique à Caltech, L’une des premières étapes vers la compréhension de l’enchevêtrement de plusieurs corps est de le créer et de le contrôler en laboratoire., Pour ce faire, Endres et son équipe utilisent une approche par force brute: ils conçoivent et construisent des expériences de laboratoire dans le but de créer un système de 100 atomes enchevêtrés.
« C’est fondamentalement extrêmement difficile à faire,” dit Endres. En fait, note-t-il, ce serait difficile même à une échelle beaucoup plus petite. « Si je crée un système où je génère, par exemple, 20 particules enchevêtrées, et j’en envoie 10 d’une manière et 10 d’une autre, alors je dois mesurer si chacune de ces 10 premières particules est enchevêtrée avec chacune de l’autre ensemble de 10., Il existe de nombreuses façons d’examiner les corrélations. »
bien que la tâche de décrire ces corrélations soit difficile, décrire un système de 100 atomes enchevêtrés avec des bits informatiques classiques serait incroyablement difficile. Par exemple, une description classique complète de toutes les corrélations quantiques entre jusqu’à 300 particules enchevêtrées nécessiterait plus de bits que le nombre d’atomes dans l’univers visible. ” Mais c’est tout le problème et la raison pour laquelle nous faisons cela », explique Endres., « Les choses s’enchevêtrent tellement que vous avez besoin d’une énorme quantité d’espace pour décrire les informations. C’est une bête compliquée, mais c’est utile. »
” généralement, le nombre de paramètres dont vous avez besoin pour décrire le système va augmenter de manière exponentielle », explique Vidick, qui travaille sur des outils mathématiques et informatiques pour décrire l’intrication. « Cela explose très rapidement, ce qui explique en général pourquoi il est difficile de faire des prédictions ou des simulations, car vous ne pouvez même pas représenter ces systèmes dans la mémoire de votre ordinateur portable., »
pour résoudre ce problème, Vidick et son groupe travaillent à trouver des représentations informatiques de matériaux enchevêtrés plus simples et plus succincts que les modèles existants.
« la mécanique quantique et les idées derrière l’informatique quantique nous obligent à sortir des sentiers battus”, dit-il.
Un Écosystème Fragile
un Autre facteur dans la création et le contrôle des systèmes quantiques a à voir avec leur nature délicate., Comme Mimosa pudica, un membre de la famille des pois également connu sous le nom de « plante sensible”, qui tombe lorsque ses feuilles sont touchées, les États enchevêtrés peuvent facilement disparaître, ou s’effondrer, lorsque l’environnement change même légèrement. Par exemple, l’acte d’observer un état quantique le détruit. ” Vous ne voulez même pas regarder votre expérience, ou respirer dessus », plaisante Painter. Ajoute Preskill, » N’allumez pas la lumière et n’osez même pas entrer dans la pièce.,”
le problème est que les particules enchevêtrées s’emmêlent rapidement avec l’environnement qui les entoure, en quelques microsecondes ou plus rapidement. Cela détruit ensuite l’état enchevêtré d’origine qu’un chercheur pourrait tenter d’étudier ou d’utiliser. Même un photon parasite volant à travers une expérience peut rendre le tout inutile.
« vous devez être capable de créer un système qui n’est empêtré qu’avec lui-même, pas avec votre appareil”, explique Endres. « Nous voulons que les particules se parlent de manière contrôlée., Mais nous ne voulons pas qu’ils parlent à quoi que ce soit dans le monde extérieur.”
Dans le domaine de l’informatique quantique, cette fragilité est problématique car elle peut conduire à des erreurs de calcul. Les ordinateurs quantiques promettent de résoudre des problèmes que les ordinateurs classiques ne peuvent pas résoudre, y compris ceux de la cryptographie, de la chimie, de la modélisation financière, etc. Là où les ordinateurs classiques utilisent des bits binaires (soit un « 1” ou un « 0”) pour transporter des informations, les ordinateurs quantiques utilisent des « qubits”, qui existent dans les états « 1” et « 0” en même temps., Comme L’explique Preskill, les qubits dans cet état mixte, ou superposition, seraient à la fois morts et vivants, une référence à la célèbre expérience de pensée proposée par Erwin Schrödinger en 1935, dans laquelle un chat dans une boîte est à la fois mort et vivant jusqu’à ce que la boîte soit ouverte, et le chat est observé comme étant De plus, ces qubits sont tous enchevêtrés. Si les qubits deviennent en quelque sorte démêlés les uns des autres, l’ordinateur quantique serait incapable d’exécuter ses calculs.,
pour résoudre ces problèmes, Preskill et Alexei Kitaev (Ronald et Maxine Linde de Caltech professeur de Physique Théorique et de mathématiques et récipiendaire d’un prix révolutionnaire 2012 en physique fondamentale), ainsi que d’autres théoriciens de Caltech, ont conçu un concept pour cacher l’information quantique dans un état global enchevêtré, de sorte qu’aucun des bits individuels Cette approche s’apparente à la distribution d’un code parmi des centaines de personnes vivant dans différentes villes., Aucune personne n’aurait le code entier, donc le code serait beaucoup moins vulnérable à la découverte.