De nombreuses expériences célèbres ont montré que le simple fait d'observer un système quantique peut modifier les propriétés du système. Ce phénomène, appelé "effet observateur, " apparaît, par exemple, lorsque le chat de Schrödinger devient mort ou vivant (mais plus les deux) après que quelqu'un ait jeté un coup d'œil dans sa boîte. L'observation détruit la superposition de l'état du chat, ou en d'autres termes, réduit la fonction d'onde qui décrit les probabilités que le chat soit dans chacun des deux états.

Dans un nouveau journal, les physiciens ont en outre étudié exactement comment les mesures affectent l'intrication quantique, ce qui dans ce contexte équivaut à la mesure dans laquelle un système est en superposition. Des études antérieures ont montré que, quand un système quantique est laissé seul pour évoluer sans aucune interférence extérieure, son degré d'enchevêtrement tend à augmenter. C'est-à-dire, les systèmes quantiques ont tendance à dériver au fil du temps vers des états avec un degré élevé de superposition quantique.

D'autre part, faire une mesure sur un état intriqué tend à diminuer son intrication. Cela se produit parce qu'une mesure sur un état de spin (par exemple) effondre ce spin dans un état défini, ce qui provoque le démêlage de cette rotation des autres rotations, dont les états restent en superposition. Cela réduit la quantité d'enchevêtrement dans le système dans son ensemble.

Dans le nouveau journal, les physiciens ont démontré via des simulations informatiques et des arguments théoriques que, lorsque les mesures sont effectuées à une vitesse qui dépasse une valeur critique, une transition de phase induite par la mesure se produit. Cela amène le système à passer brusquement d'une phase "d'enchevêtrement", dans lequel la quantité d'enchevêtrement augmente continuellement au fil du temps, à une phase de « démêlage », dans lequel un certain enchevêtrement existe encore, mais son taux de croissance tombe à zéro.

Les physiciens, Brian Skinner au MIT, Jonathan Ruhman au MIT et à l'Université Bar-Ilan, et Adam Nahum à l'Université d'Oxford, ont publié leur article sur la transition de phase pour l'enchevêtrement dans un récent numéro de Examen physique X .

"L'un des grands succès de la physique est sa capacité à décrire les transitions de phase - le changement brusque des propriétés des matériaux lorsqu'un paramètre externe est modifié, comme de l'eau qui se transforme soudainement en glace lorsqu'elle descend en dessous de 32 degrés Fahrenheit, " Skinner a dit Phys.org . "Ce que nous avons montré, c'est que ce même langage peut être appliqué à un processus dynamique impliquant l'intrication quantique. les propriétés dynamiques de croissance d'enchevêtrement ont également une transition de phase en fonction d'un paramètre externe, qui est la vitesse à laquelle les mesures se produisent. Pour nous, c'est une connexion magnifique et surprenante!"

Les chercheurs ont développé un modèle de cette transition de phase induite par la mesure basé sur un problème célèbre de la théorie de la percolation appelé "grille de résistance vandalisée". Dans ce problème, un vandale essaie de trouver le plus petit nombre de liaisons (appelez le "chemin le plus court" ou "coupe minimale") pour trancher un réseau électrique afin de déconnecter complètement le réseau. Les chercheurs ont montré que le problème du calcul de l'entropie d'intrication dans un système quantique est équivalent à ce problème d'optimisation, dans lequel le but est de trouver une coupure minimale à travers un réseau désordonné qui sépare le réseau en deux parties.

Dans un système enchevêtré, le réseau représente le système quantique, et chaque mesure représente la rupture d'une des liaisons. Le degré d'enchevêtrement dans le système est déterminé par la taille de la coupure minimale dans ce réseau, c'est à dire., le nombre total de liaisons ininterrompues qui doivent être rompues afin de séparer le système du reste du réseau. Dans un sens, ce nombre indique à quelle fréquence les mesures peuvent être effectuées avant qu'un système enchevêtré ne passe à la phase démêlée. Comme différents réseaux ont des nombres et des arrangements différents de liaisons, le taux de mesure critique diffère selon les systèmes.

Les physiciens s'attendent à ce que la compréhension de cette transition de phase induite par les mesures dans la dynamique d'intrication puisse avoir des implications utiles pour le développement de simulations de systèmes quantiques. L'intrication joue un rôle important dans la détermination de la difficulté de simuler la dynamique quantique sur un ordinateur classique. Par conséquent, la transition de phase intriquée à démêlée implique l'existence d'une transition facile à difficile pour les simulations. Cela peut permettre aux chercheurs de mieux prédire la difficulté des simulations et de rechercher des alternatives plus faciles.

"Notre découverte a une implication immédiate sur la question de savoir à quel point il est difficile de simuler des systèmes quantiques à l'aide d'ordinateurs classiques, " a déclaré Skinner. " Cela peut également être important pour les schémas d'informatique quantique, qui reposent souvent sur le maintien d'un enchevêtrement à longue distance."

À l'avenir, les chercheurs prévoient d'étudier à quel point leur modèle est universel.

"Il existe différentes manières de décrire mathématiquement l'intrication quantique, " a déclaré Skinner. " Ce que nous avons montré, c'est que l'une de ces descriptions est parfaitement analogue à un problème de percolation classique. Mais pour le moment, on ne sait pas à quel point cette analogie est générique, et si d'autres manières de décrire l'intrication appartiennent à la même « classe d'universalité ». La première priorité en ce moment est d'établir si l'analogie n'est qu'approximative et fonctionne dans certaines situations artificielles, ou s'il est complètement générique à travers un large éventail de descriptions et de configurations expérimentales."

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