L'état d'un système est caractérisé comme intriqué ou corrélé quantiquement si deux particules ou plus ne peuvent pas être décrites comme une combinaison de particules séparées, États indépendants, mais seulement dans leur ensemble. Des chercheurs de l'Institut Kirchhoff de physique de l'Université de Heidelberg ont récemment réussi à vérifier les corrélations quantiques dites non locales entre les nuages ultrafroids d'atomes de rubidium. Sous la direction du Prof. Dr. Markus Oberthaler et du Prof. Dr. Thomas Gasenzer, les chercheurs ont pu acquérir de nouvelles connaissances importantes sur le caractère des systèmes à N corps de la mécanique quantique.
Les corrélations que prédit la théorie de la mécanique quantique sont contre-intuitives. Ces corrélations quantiques semblent contredire le principe d'incertitude de Heisenberg, qui énonce que deux propriétés d'un objet, comme la position et la vitesse, ne peut jamais être déterminé avec précision en même temps. Dans les systèmes de mécanique quantique, cependant, deux particules peuvent être préparées de manière à prédire avec précision la position de la particule deux en localisant la position de la particule un. De la même manière, mesurer la vitesse d'une particule permet de prédire la vitesse de l'autre. "Dans ce cas, la position et la vitesse de la particule deux doivent être déterminées avec précision avant la mesure, " explique le professeur Oberthaler. " Le résultat de la mesure pour la particule un ne peut pas être immédiatement présent à la position de la particule deux si les deux sont spatialement séparés. "
Le principe d'incertitude ne supporte en effet pas cette détermination simultanée de position et de vitesse. Mais en mécanique quantique, deux objets ne sont pas considérés comme séparés s'ils sont corrélés, c'est à dire., enchevêtré, résolvant ainsi l'apparente contradiction. « Si nous pouvons prouver que les résultats de mesure de différentes observables dans un système peuvent en fait être prédits en mesurant un second, système distant, alors nous pouvons également utiliser cette preuve pour justifier l'enchevêtrement - et c'est exactement ce que nous avons fait dans notre expérience, " dit Philipp Kunkel, l'auteur principal de l'étude.
Dans leur expérience, les chercheurs ont utilisé un nuage d'environ 11, 000 atomes de rubidium, qu'ils ont refroidi à des températures extrêmement basses. À l'aide de la lumière laser, ils ont maintenu les atomes en suspension dans une chambre à vide, ce qui leur a permis d'exclure tout effet perturbateur, comme les collisions avec les molécules d'air. Parce que les effets quantiques ne sont détectables qu'à très basse température, travailler avec des atomes ultrafroids est nécessaire. Comme lors de la mesure de la position et de la vitesse, ces conditions extrêmes permettent l'état interne des particules, souvent appelé spin, à mesurer aussi. "En mesurant le spin dans une moitié du nuage, nous avons pu prédire le spin dans l'autre avec plus de précision que le principe d'incertitude locale ne le permettrait, " explique Philipp Kunkel.
La caractérisation des systèmes de mécanique quantique à plusieurs corps est importante pour les applications futures telles que les ordinateurs quantiques et la communication quantique, entre autres. Les résultats les plus récents de la recherche Heidelberg ont été publiés dans Science .
