Des chercheurs de l'Académie explorent les conséquences de la localité pour les mesures distribuées dans l'espace-temps. Leur article vient d'être publié dans la revue Nature Informations quantiques .

La localité est un principe fondamental derrière toutes les interactions physiques. Il dit que chaque système physique ne peut interagir qu'avec d'autres systèmes dans son voisinage immédiat, de sorte que les interactions entre deux objets distants doivent être médiatisées par un intermédiaire. Par exemple, dans le cas familier des appareils de radiocommunication et des téléphones portables, qui envoient et reçoivent des informations à distance, le rôle d'intermédiaire est joué par les ondes électromagnétiques. La physique des particules nous dit que les particules élémentaires se comportent de manière similaire. Lorsque deux d'entre eux exercent une force l'un sur l'autre, cela ne se produit pas instantanément à distance, plutôt par un échange d'une particule qui médiatise cette force localement. Une conséquence importante de la localité des interactions est que de nombreux systèmes physiques, comme les solides ainsi que les champs quantiques décrivant des particules élémentaires, satisfaire à la propriété dite de « loi territoriale ».

Alice et Bob

Pour expliquer ce que signifie cette propriété, imaginez deux observateurs Alice et Bob, qui effectuent des mesures sur les parties constitutives d'un système physique entier. Alice ne peut mesurer que les parties qui se trouvent à l'intérieur d'une région de l'espace qui est séparée par une frontière du reste de l'espace; tandis que Bob peut effectuer des mesures sur les parties situées en dehors de la région d'Alice. La "loi des aires" signifie approximativement que le degré auquel les résultats des mesures d'Alice et de Bob sont corrélés est déterminé par l'aire de la frontière qui sépare la région d'Alice des régions de Bob, plutôt que par le volume de la région. C'est un peu surprenant, autant d'autres grandeurs thermodynamiques ou informationnelles, comme l'énergie ou l'entropie, généralement à l'échelle du volume et non de la superficie de la région considérée.

Mécanique quantique et gravité

Alors que les lois sur les aires sont généralement formulées en termes de régions de l'espace (comme dans notre exemple), La théorie de la relativité d'Einstein, dans lequel l'espace et le temps sont unifiés en un seul espace-temps, nous enseigne que la description correcte de la physique devrait être en termes d'interactions locales dans l'espace-temps. Cela soulève la question de savoir si la propriété de loi d'aire peut être généralisée aux régions de l'espace-temps. En particulier, imaginez que maintenant Alice ait accès à une partie du système confinée dans une boîte spatiale pour un temps limité dans lequel elle peut effectuer plusieurs mesures, de telle sorte que toutes ses mesures soient effectuées dans une boîte spatio-temporelle à quatre dimensions. Bob est autorisé à accéder au système à n'importe quel point de l'espace-temps qui est en dehors de la boîte d'Alice. Dans une nouvelle publication en Informations quantiques des chercheurs de l'Institut de Vienne d'optique quantique et d'information quantique de l'Académie autrichienne des sciences étudient si la limite de cette région de l'espace-temps à quatre dimensions peut nous dire quelque chose sur le degré de corrélation entre les résultats des mesures d'Alice et de Bob.

Dans l'article, les auteurs montrent qu'une loi d'aire vaut pour les régions d'espace-temps si le système physique considéré est constitué de particules interagissant localement. aslav Brukner, chef de groupe à l'académie institut et co-auteur de l'étude, commente :"Ce travail établit un lien entre les corrélations quantiques et la géométrie de l'espace-temps. Ces informations peuvent s'avérer utiles pour le développement de futures théories unifiant la mécanique quantique et la gravité."