Deux explications possibles pour le processus de mesure quantique :(a) Une mesure binaire qui génère le résultat final en deux étapes (excluant d'abord l'un des trois résultats, puis choisir entre les deux résultats restants), ou (b) une mesure ternaire qui sélectionne parmi les trois résultats à la fois. Crédit :Hu et al. ©2018 Société américaine de physique
Pour la première fois, les physiciens ont démontré expérimentalement des corrélations quantiques ternaires plutôt que binaires entre des objets intriqués. Les résultats montrent que le processus de mesure quantique ne peut pas être décrit comme un processus binaire (ayant deux résultats possibles), mais plutôt des mesures ternaires plus fortes que binaires (qui ont trois résultats possibles) devraient être envisagées afin de bien comprendre comment fonctionne le processus de mesure quantique.
Les physiciens, Xiao-Min Hu et ses coauteurs de Chine, Allemagne, Espagne, et la Hongrie, ont publié un article sur les corrélations plus fortes que binaires dans un récent numéro de Lettres d'examen physique .
"Nous avons découvert et vérifié expérimentalement l'existence de véritables mesures ternaires, " co-auteur Matthias Kleinmann à l'Université de Siegen à Siegen, Allemagne, et l'Université du Pays Basque à Bilbao, Espagne, Raconté Phys.org . "Les conclusions expérimentales sont indépendantes de toute théorie sous-jacente (ici :la théorie quantique) et établissent que les mesures ternaires sont une caractéristique générique de la nature."
Avant maintenant, des corrélations plus fortes que binaires ont été théoriquement prédites pour exister, mais c'est la première fois qu'on les observe expérimentalement. Dans leurs expériences, les chercheurs ont intriqué deux qutrits photoniques, dont chacun a trois états possibles (0, 1, et 2), au lieu de seulement deux (0 et 1) comme pour les qubits. Ils ont ensuite envoyé les qutrits à différents laboratoires où ils ont mesuré l'état de chaque qutrit, leur permettant de déterminer la force des corrélations entre les deux qutrits.
Illustration du dispositif expérimental de démonstration des corrélations ternaires. Crédit :Hu et al. ©2018 Société américaine de physique
Si le processus de mesure quantique était binaire, alors les mesures pourraient être décrites comme un processus en deux étapes dans lequel le premier des trois résultats de mesure possibles est exclu par un mécanisme classique, puis une mesure binaire quantique sélectionne entre les deux résultats restants. Dans ce processus de mesure binaire, la corrélation maximale entre deux objets intriqués ne peut pas dépasser une certaine valeur.
Dans leurs expériences, les chercheurs ont démontré que la force des corrélations entre les qutrits intriqués dépasse cette valeur maximale. Pour faire ça, ils ont réalisé une expérience de type Bell dans laquelle ils ont montré que les corrélations observées violent l'inégalité maximale pour les corrélations binaires sans signalisation avec une signification statistique très élevée, correspondant à 9,3 écarts types. Les résultats impliquent que le processus de mesure en théorie quantique ne peut pas être expliqué par le processus en deux étapes avec des mesures binaires. Au lieu, le processus de mesure est ici véritablement ternaire, où la mesure ternaire quantique sélectionne entre les trois états possibles à la fois.
Globalement, les chercheurs expliquent que les observations de corrélations plus fortes que binaires ne contredisent pas les preuves expérimentales précédentes de corrélations binaires, mais ajouter de nouvelles possibilités sur le fonctionnement du processus de mesure quantique au niveau le plus fondamental.
"Maintenant que nous avons établi les outils théoriques et les méthodes expérimentales pour comprendre et créer des corrélations ternaires, nous visons à procéder dans deux directions, " dit Kleinmann. " Premièrement, nous espérons des applications technologiques (par exemple, en extraction aléatoire) et deuxièmement, nous utilisons maintenant nos résultats comme une nouvelle base pour une compréhension plus approfondie de la théorie quantique."
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