Une équipe de chercheurs du Laboratoire Lumière Structurée de… Université du WitwatersrandL'Afrique du Sud a fait des progrès significatifs en matière d'intrication quantique.
Dirigé par le professeur Andrew Forbes, en collaboration avec le célèbre scientifique des cordes Robert de Mello Koch, actuellement à Université de Huzhou En Chine, l’équipe a réussi à démontrer une nouvelle façon de manipuler des particules quantiques intriquées sans modifier leurs propriétés intrinsèques.
Cet exploit représente une étape énorme dans notre compréhension et notre application de l’intrication quantique.
Topologie dans l'intrication quantique
« Nous y sommes parvenus en intriquant deux photons identiques et en leur attribuant une fonction d'onde commune », explique Pedro Ornelas, étudiant à la maîtrise et auteur principal de l'étude. « Ce processus rend leur structure collective, ou topologie, claire uniquement lorsqu'ils sont considérés comme un entité unique. »
Cette expérience s'articule autour du concept d'intrication quantique, appelé « action effrayante à distance », dans lequel les particules s'influencent mutuellement, même lorsqu'elles sont séparées par de grandes distances.
La topologie joue un rôle crucial dans ce contexte. Cela garantit que certaines propriétés sont préservées, tout comme le fait qu'une tasse à café et un beignet sont topologiquement équivalents en raison de leur trou unique et immuable.
« Nos photons intriqués sont similaires », explique le professeur Forbes. « Leur enchevêtrement est flexible, mais certaines propriétés restent constantes. »
L'étude porte spécifiquement sur la topologie Skyrmion, un concept introduit par Tony Skyrmion dans les années 1980. Dans ce scénario, la topologie fait référence à une propriété générale qui reste inchangée, comme la texture d'un tissu, quelle que soit la manière dont il est traité.
Applications de l'intrication quantique
Les skyrmions, initialement étudiés dans les matériaux magnétiques, les cristaux liquides et leurs homologues optiques, ont été salués en physique de la matière condensée pour leur stabilité et leur potentiel dans la technologie de stockage de données.
« Nous visons à obtenir des effets transformateurs similaires avec nos skyrmions quantiques intriqués », ajoute Forbes. Contrairement aux recherches précédentes qui limitaient la localisation des Skyrmions à un seul point, cette étude présente un changement de paradigme.
Comme le dit Ornelas : « Nous comprenons désormais que la topologie, traditionnellement considérée comme locale, peut en fait être non locale, partagée entre des entités spatialement séparées. »
En conséquence, l’équipe propose d’utiliser la topologie comme système de classification des états intriqués. Le Dr Ishaq Naib, co-chercheur, compare cela à un alphabet d’états enchevêtrés.
« Tout comme nous différencions les champs et les beignets par leurs trous, nos skyrmions quantiques peuvent être classés par leurs caractéristiques topologiques », explique-t-il.
Idées clés et recherches futures
Cette découverte ouvre la porte à de nouveaux protocoles de communication quantique, qui utilisent la topologie comme moyen de traitement de l'information quantique.
De tels protocoles pourraient révolutionner la façon dont les informations sont codées et transmises dans les systèmes quantiques, en particulier dans les scénarios où les méthodes de cryptage traditionnelles échouent en raison d'un enchevêtrement minime.
L’essentiel est que l’importance de cette recherche réside dans la possibilité de l’appliquer sur le terrain. Depuis des décennies, maintenir des États interconnectés constitue un défi majeur.
Les découvertes de l'équipe suggèrent que la topologie peut rester intacte même lorsque l'intrication se désintègre, fournissant ainsi un nouveau mécanisme de cryptage pour les systèmes quantiques.
Le professeur Forbes conclut par une déclaration prospective : « Nous sommes maintenant prêts à définir de nouveaux protocoles et à explorer le vaste paysage des états quantiques non locaux, ce qui pourrait révolutionner la façon dont nous abordons les communications quantiques et le traitement de l’information. »
En savoir plus sur l'intrication quantique
Comme indiqué ci-dessus, l’intrication quantique est un phénomène fascinant et complexe dans le monde de la physique quantique.
Il s'agit d'un processus physique dans lequel des paires ou des groupes de particules créent, interagissent ou partagent une proximité spatiale de telle manière que l'état quantique de chaque particule ne peut pas être décrit indépendamment de l'état des autres particules, même lorsque les particules sont séparées par un grande distance. .
Découverte et contexte historique
L'intrication quantique a été théorisée pour la première fois en 1935 par Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen. Ils ont proposé le paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), remettant en question l'exhaustivité de la mécanique quantique.
Einstein a qualifié l’intrication d’« action effrayante à distance », exprimant son inconfort à l’idée que les particules puissent s’influencer instantanément sur de grandes distances.
Principes de l'intrication quantique
Au cœur de l’intrication quantique se trouve le concept de superposition. En mécanique quantique, les particules telles que les électrons et les photons existent dans un état de superposition, ce qui signifie qu’elles peuvent se trouver dans plusieurs états simultanément.
Lorsque deux particules sont intriquées, elles sont liées de telle manière que l’état de l’une (qu’il s’agisse de spin, de position, d’impulsion ou de polarisation) est instantanément lié à l’état de l’autre, quelle que soit leur distance.
Intrication quantique dans l'informatique et les communications
L'intrication quantique remet en question les notions classiques de lois physiques. Cela indique que les informations peuvent être transmises plus rapidement que la vitesse de la lumière, ce qui contredit la théorie de la relativité d'Einstein.
Toutefois, cela ne signifie pas que les informations utilisables sont transférées immédiatement, ce qui violerait le lien de causalité ; Cela implique plutôt une interconnectivité profondément enracinée au niveau quantique.
L’une des applications les plus intéressantes de l’intrication quantique se situe dans le domaine de l’informatique quantique. Les ordinateurs quantiques utilisent des états intriqués pour effectuer des calculs complexes à des vitesses que les ordinateurs classiques ne peuvent atteindre.
Dans les communications quantiques, l’intrication est la clé du développement de systèmes de communication hautement sécurisés, tels que la cryptographie quantique et la distribution de clés quantiques, qui sont théoriquement insensibles au piratage.
Validation empirique et recherches actuelles
Depuis ses débuts théoriques, l’intrication quantique a été prouvée expérimentalement à plusieurs reprises, soulignant sa nature étrange et contre-intuitive.
Les plus célèbres sont les expériences de test de Bell, qui ont fourni des preuves importantes contre les théories locales des variables cachées et en faveur de la mécanique quantique.
Bref, l’intrication quantique, pierre angulaire de la mécanique quantique, reste un sujet de recherche et de débat intense. Sa nature déroutante remet en question notre compréhension du monde physique et ouvre la voie à des développements technologiques potentiellement révolutionnaires.
À mesure que la recherche progresse, nous pourrions trouver des applications plus pratiques à cet étrange phénomène, révélant ainsi davantage de secrets de l’univers quantique.
L'étude complète a été publiée dans la revue Photonique naturelle.
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