Grâce à des mesures sélectionnées au hasard, Les physiciens autrichiens peuvent désormais déterminer l'intrication quantique de systèmes à plusieurs particules. Avec la nouvelle méthode, les simulations quantiques peuvent être étendues à un plus grand nombre de particules quantiques. Dans Science , physiciens d'Innsbruck, L'Autriche, rapport sur la première démonstration réussie de cette méthode.

Les phénomènes quantiques sont expérimentalement difficiles à traiter. L'effort augmente considérablement avec la taille du système. Les scientifiques peuvent contrôler de petits systèmes quantiques et étudier les propriétés quantiques. De telles simulations quantiques sont considérées comme des premières applications prometteuses des technologies quantiques qui pourraient résoudre des problèmes là où les simulations sur des ordinateurs conventionnels échouent. Cependant, les systèmes quantiques utilisés comme simulateurs quantiques doivent encore être perfectionnés. L'enchevêtrement de nombreuses particules est encore un phénomène difficile à appréhender. "Afin de faire fonctionner un simulateur quantique composé de 10 particules ou plus en laboratoire, il faut caractériser le plus précisément possible les états du système, " explique Christian Roos de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences.

Jusque là, La tomographie d'état quantique a été utilisée pour la caractérisation des états quantiques avec lesquels le système peut être complètement décrit. Cette méthode, cependant, implique un effort de mesure et de calcul très élevé et n'est pas adapté aux systèmes de plus d'une demi-douzaine de particules. Il y a deux ans, les chercheurs dirigés par Christian Roos, avec des collègues d'Allemagne et de Grande-Bretagne, a présenté une méthode efficace pour la caractérisation d'états quantiques complexes. Cependant, seuls les états faiblement intriqués ont pu être décrits avec cette méthode. Cette question est désormais contournée par une nouvelle méthode présentée l'an dernier par les théoriciens menés par Peter Zoller, qui peut être utilisé pour caractériser tout état intriqué. Avec les physiciens expérimentateurs Rainer Blatt et Christian Roos et leur équipe, ils ont maintenant démontré cette méthode en laboratoire.

Simulations quantiques sur des systèmes plus grands

"La nouvelle méthode est basée sur la mesure répétée de transformations sélectionnées au hasard de particules individuelles. L'évaluation statistique des résultats de mesure fournit ensuite des informations sur le degré d'intrication du système, " explique Andreas Elben de l'équipe de Peter Zoller. Les physiciens autrichiens ont démontré le processus dans un simulateur quantique constitué de plusieurs ions disposés en rangée dans une chambre à vide. En partant d'un état simple, les chercheurs laissent les particules individuelles interagir à l'aide d'impulsions laser et génèrent ainsi un enchevêtrement dans le système.

"Nous effectuons 500 transformations locales sur chaque ion et répétons les mesures au total 150 fois afin de pouvoir ensuite utiliser des méthodes statistiques pour déterminer des informations sur l'état d'intrication à partir des résultats de mesure, " explique le doctorant Tiff Brydges de l'Institute of Quantum Optics and Quantum Information.

Dans l'ouvrage maintenant publié dans Science , les physiciens d'Innsbruck ont ​​caractérisé le développement dynamique d'un système composé de 10 ions ainsi que d'un sous-système composé de dix ions d'une chaîne de 20 ions. "Dans le laboratoire, cette nouvelle méthode nous aide beaucoup, car il nous permet de mieux comprendre notre simulateur quantique, et, par exemple, d'évaluer plus précisément la pureté de l'enchevêtrement, " dit Christian Roos, qui suppose que la nouvelle méthode peut être appliquée avec succès aux systèmes quantiques contenant jusqu'à plusieurs dizaines de particules.