L’intrication quantique à longue portée nécessite une interaction à trois voies

Une étude théorique montre que l’enchevêtrement à longue distance peut en effet survivre à des températures supérieures au zéro absolu, si les conditions correctes sont remplies.

L’informatique quantique a été désignée comme la prochaine étape révolutionnaire de l’informatique. Cependant, les systèmes actuels ne sont pratiquement stables qu’à des températures proches du zéro absolu. Un nouveau théorème d’une collaboration de recherche japonaise permet de comprendre quels types d’intrication quantique à longue portée survivent à des températures non nulles, révélant un aspect fondamental des phénomènes quantiques macroscopiques et ouvrant la voie à une meilleure compréhension des systèmes quantiques.

Lorsque les choses deviennent petites, jusqu’à l’échelle d’un millième de la largeur d’un cheveu humain, les lois de la physique classique sont remplacées par celles de la physique quantique. Le monde quantique est étrange et merveilleux, et il y a beaucoup de choses à ce sujet que les scientifiques doivent encore comprendre. Les effets quantiques à grande échelle ou « macroscopiques » jouent un rôle clé dans des phénomènes extraordinaires tels que la supraconductivité, qui peut changer la donne dans le futur transport d’énergie, ainsi que pour le développement continu des ordinateurs quantiques.

Il est possible d’observer et de mesurer la « quantité » à cette échelle dans des systèmes particuliers à l’aide de l’intrication quantique à longue portée. L’intrication quantique, qu’Albert Einstein a décrit comme une « action effrayante à distance », se produit lorsqu’un groupe de particules ne peut pas être décrit indépendamment les uns des autres. Cela signifie que leurs propriétés sont liées : si vous pouvez décrire complètement une particule, vous saurez également tout sur les particules avec lesquelles elle est intriquée.

L’intrication à longue distance est au cœur de la théorie de l’information quantique, et sa meilleure compréhension pourrait conduire à une percée dans les technologies de l’informatique quantique. Cependant, l’intrication quantique à longue portée est stable dans des conditions spécifiques, comme entre trois parties ou plus et à des températures proches du zéro absolu. Qu’advient-il des systèmes intriqués à deux parties à des températures non nulles ? Pour répondre à cette question, des chercheurs du RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, à Tokyo, et de l’Université Keio, à Yokohama, ont récemment présenté une étude théorique sur Examen physique X décrivant l’enchevêtrement à longue distance à des températures supérieures au zéro absolu dans les systèmes bipartites.

« Le but de notre étude était d’identifier une limitation de la structure de l’enchevêtrement à longue distance à des températures arbitraires non nulles », explique Tomotaka Kuwahara, chef de l’équipe RIKEN Hakubi, l’un des auteurs de l’étude, qui a effectué la recherche alors qu’il était au Centre RIKEN pour le projet d’intelligence avancée. « Nous fournissons des théorèmes simples d’interdiction qui montrent quels types d’enchevêtrement à longue distance peuvent survivre à des températures non nulles. À des températures supérieures au zéro absolu, les particules d’un matériau vibrent et se déplacent en raison de l’énergie thermique, qui agit contre l’enchevêtrement quantique. À des températures arbitraires non nulles, aucun enchevêtrement à longue distance ne peut persister entre seulement deux sous-systèmes. »

Les découvertes des chercheurs sont cohérentes avec les observations précédentes selon lesquelles l’enchevêtrement à longue distance ne survit à une température non nulle que lorsque plus de trois sous-systèmes sont impliqués. Les résultats suggèrent qu’il s’agit d’un aspect fondamental des phénomènes quantiques macroscopiques à température ambiante, et que les dispositifs quantiques doivent être conçus pour avoir des états intriqués multipartites.

« Ce résultat a ouvert la porte à une compréhension plus approfondie de l’intrication quantique sur de grandes distances, ce n’est donc que le début », déclare le professeur Keijo Saito de l’Université Keio, co-auteur de l’étude. « Nous visons à approfondir notre compréhension de la relation entre l’intrication quantique et la température à l’avenir. Cette connaissance déclenchera et stimulera le développement de futurs dispositifs quantiques qui fonctionnent à température ambiante, ce qui les rendra pratiques. »

Alors que les dispositifs quantiques qui fonctionnent à des températures ambiantes stables en sont encore à leurs balbutiements, l’intrication quantique semble prête à « lier » l’avenir de ce domaine.