Un nouveau test pour repérer où la capacité d'exploiter la puissance de la mécanique quantique a évolué dans la nature a été développé par des physiciens de l'Université de Warwick.

Le test identifie une caractéristique révélatrice de la cohérence quantique, classer les propriétés des particules dans un état quantique qui interagissent avec un environnement réel. Le test devrait permettre aux scientifiques de quantifier et de suivre la cohérence quantique dans le monde naturel à l'aide d'expériences en laboratoire.

Publié cette semaine dans le journal Examen physique A , les travaux théoriques pourraient conduire à des expériences permettant de résoudre le débat sur la question de savoir si les processus biologiques exploitent la mécanique quantique à leur avantage, et si l'évolution pourrait nous fournir un modèle pour les technologies quantiques telles que les ordinateurs, capteurs et sources d'énergie.

Les particules microscopiques à l'état quantique sont très difficiles à repérer car le fait de les observer modifie leur état. Ces particules furtives peuvent exister dans de nombreux endroits ou configurations simultanément, une caractéristique connue sous le nom de cohérence quantique.

L'effet sous-tend des technologies telles que les ordinateurs quantiques, capteurs quantiques et systèmes de communication quantique, qui utilisent des systèmes ordonnés isolés du reste du monde. Cependant, il est plus difficile d'identifier si la cohérence quantique existe dans le monde réel plus bruyant et plus désordonné.

Le test implique une procédure pour détruire la cohérence quantique, puis d'observer le changement dans les mesures ultérieures. Lorsqu'un impact mesurable est observé, les scientifiques peuvent démontrer qu'il doit y avoir eu une cohérence quantique dans le système. Le nouveau travail clarifie les exceptions possibles à cette conclusion, qui dépendent de la rapidité avec laquelle la procédure spéciale peut détruire la cohérence.

Dr George Knee, 1851 Royal Commission Research Fellow du Département de physique de l'Université, a déclaré :« Démontrer la présence de cohérence quantique dans un système biologique constituerait un changement de paradigme, loin de l'idée que seuls les humains ont la capacité de concevoir des systèmes capables d'exposer et d'exploiter la cohérence quantique. Ce serait aussi un pas vers l'expérience de pensée du chat de Schroedinger, où un organisme vivant est placé dans un état où il est, quantique de manière cohérente, à la fois mort et vivant."

Le co-auteur, le Dr Animesh Datta, a déclaré :« Les résultats de ce test seront précieux pour améliorer notre compréhension du fonctionnement de la chimie et de la biologie, et peut nous permettre de répondre à la question de savoir si la physique quantique a joué un rôle dans les processus évolutifs. »

Selon la physique quantique, une particule, comme celui qui transporte de l'énergie dans un organisme photosynthétique, peut voyager le long de plusieurs chemins différents entre une entrée et une sortie. L'énergie transportée par la particule peut être perdue à tout moment après sa création. Si la particule se déplace plus rapidement vers sa destination, il y a une moindre chance de perte et une plus grande efficacité pourrait être obtenue.

La cohérence permet des interférences entre les deux voies, permettant à la particule de voyager plus loin en moyenne qu'elle ne le pourrait autrement au cours de la même période. Cela suggère que les effets quantiques pourraient avoir conféré un avantage évolutif aux organismes adaptés à leur exploitation.

Le Dr Knee a ajouté :« Les possibilités sont alléchantes :si notre test proposé était effectué dans un système biologique, et a renvoyé un résultat positif, nous pourrions peut-être apprendre les principes de conception de l'ingénierie quantique à partir de la nature. On pourrait alors essayer de créer des technologies biomimétiques plus robustes et peut-être même plus puissantes que la génération actuelle de technologies quantiques, qui reposent presque exclusivement sur des systèmes très isolés. Si nous pouvions turbocompresser la récolte de lumière artificielle, comme dans une cellule solaire par exemple, il y aurait un énorme potentiel pour fournir un prix abordable, énergie renouvelable."