Fonctionnalités quantiques, comme la superposition quantique, ne sont définis que par rapport à un observateur. Quand on regarde le train du point de vue d'un observateur debout sur le quai, le train regarde dans une superposition quantique de différentes positions. Crédit :Christian Murzek/IQOQI-Vienne
Des chercheurs de l'Université de Vienne étudient la pertinence des référentiels quantiques pour les symétries du monde
Selon l'un des principes les plus fondamentaux de la physique, un observateur sur un train en mouvement utilise les mêmes lois pour décrire une balle sur le quai qu'un observateur debout sur le quai – les lois physiques sont indépendantes du choix d'un référentiel. Les cadres de référence tels que le train et la plate-forme sont des systèmes physiques et suivent finalement des règles de mécanique quantique. Ils peuvent être, par exemple, dans un état quantique de superposition de différentes positions à la fois. Donc, à quoi ressemblerait la description de la balle pour un observateur sur une telle « plate-forme quantique » ? Des chercheurs de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences ont prouvé que si un objet (dans notre exemple, la balle) montre des caractéristiques quantiques dépend du cadre de référence. Les lois physiques, cependant, en sont encore indépendants. Les résultats sont publiés dans Communication Nature .
Les systèmes physiques sont toujours décrits par rapport à un référentiel. Par exemple, une balle rebondissant sur une plate-forme ferroviaire peut être observée soit depuis la plate-forme elle-même, soit depuis un train qui passe. Un principe fondamental de la physique, le principe de covariance générale, affirme que les lois de la physique qui décrivent le mouvement de la balle ne dépendent pas du référentiel de l'observateur. Ce principe a été crucial dans la description du mouvement depuis Galilée et central au développement de la théorie de la relativité d'Einstein. Il s'agit d'informations sur les symétries des lois de la physique vues à partir de différents référentiels.
Cependant, un observateur assis dans le train voit l'observateur sur le quai et le ballon dans une superposition quantique. Crédit :Christian Murzek/IQOQI-Vienne
Les référentiels sont des systèmes physiques, qui suivent finalement les règles de la mécanique quantique. Un groupe de chercheurs dirigé par Časlav Brukner à l'Université de Vienne et l'Institut d'optique quantique et d'information quantique (IQOQI-Vienne) de l'Académie autrichienne des sciences se sont demandé s'il était possible de formuler les lois de la physique du point de vue vue d'un observateur "attaché" à une particule quantique et d'introduire un référentiel quantique. Ils ont pu démontrer que l'on peut considérer n'importe quel système quantique comme un référentiel quantique. En particulier lorsqu'un observateur dans le train voit le quai dans une superposition de positions différentes à la fois, un observateur sur le quai voit le train en superposition. En conséquence, cela dépend du cadre de référence de l'observateur si un objet tel que la balle présente des propriétés quantiques ou classiques.
Les chercheurs ont montré que le principe de covariance est étendu à de tels référentiels quantiques. Cela signifie que les lois de la physique conservent leur forme indépendamment du choix du référentiel quantique. "Nos résultats suggèrent que les symétries du monde doivent être étendues à un niveau plus fondamental, " dit Flaminia Giacomini, l'auteur principal de l'article. Cette idée pourrait jouer un rôle dans l'interaction de la mécanique quantique et de la gravité - un régime qui est pour la plupart encore inexploré - car dans ce régime, on s'attend à ce que la notion classique de référentiels ne soit pas suffisante et que les référentiels devront être fondamentalement quantum.
