Les physiciens théoriques du Trinity College Dublin ont découvert un lien profond entre l'une des caractéristiques les plus frappantes de la mécanique quantique - l'intrication quantique - et la thermalisation, qui est le processus par lequel quelque chose entre en équilibre thermique avec son environnement.

Leurs résultats sont publiés aujourd'hui [vendredi 31 janvier 2020] dans la prestigieuse revue Lettres d'examen physique .

Nous connaissons tous la thermalisation. Pensez simplement à la façon dont votre café atteint la température ambiante au fil du temps. L'intrication quantique, en revanche, est une autre histoire.

Pourtant œuvre réalisée par Marlon Brenes, doctorat Candidat, et le professeur John Goold de Trinity, en collaboration avec Silvia Pappalardi et le professeur Alessandro Silva à SISSA en Italie, montre à quel point les deux sont inextricablement liés.

Expliquer l'importance de la découverte, Professeur Goold, chef du groupe QuSys de Trinity, explique :

"L'intrication quantique est une caractéristique contre-intuitive de la mécanique quantique, qui permet aux particules qui ont interagi entre elles à un moment donné de devenir corrélées d'une manière qui n'est pas possible classiquement. Les mesures d'une particule affectent les résultats des mesures de l'autre, même si elles sont à des années-lumière l'une de l'autre. Einstein a qualifié cet effet d'"action effrayante à distance".

"Il s'avère que l'enchevêtrement n'est pas seulement effrayant mais en fait omniprésent et en fait, ce qui est encore plus étonnant, c'est que nous vivons à une époque où la technologie commence à exploiter cette fonctionnalité pour réaliser des exploits que l'on pensait impossibles quelques années seulement. go. Ces technologies quantiques se développent rapidement dans le secteur privé avec des entreprises telles que Google et IBM en tête de la course. "

Mais qu'est-ce que tout cela a à voir avec le café froid ?

Le professeur Goold précise :« Lorsque vous préparez une tasse de café et que vous la laissez un moment, elle refroidira jusqu'à ce qu'elle atteigne la température de son environnement. C'est la thermalisation. En physique, nous disons que le processus est irréversible - comme nous le savons, notre café une fois chaud ne refroidira pas puis se réchauffera comme par magie. Comment l'irréversibilité et le comportement thermique émergent dans les systèmes physiques est quelque chose qui me fascine en tant que scientifique car cela s'applique à des échelles aussi petites que les atomes, à des tasses de café, et même à l'évolution de l'univers lui-même. En physique, la mécanique statistique est la théorie qui vise à comprendre ce processus d'un point de vue microscopique. Pour les systèmes quantiques, l'émergence de la thermalisation est notoirement délicate et constitue un axe central de cette recherche actuelle."

Alors, qu'est-ce que tout cela a à voir avec l'enchevêtrement et que disent vos résultats ?

"En mécanique statistique, il y a plusieurs manières différentes, appelés ensembles, dans lequel vous pouvez décrire comment un système se thermalise, qui sont tous considérés comme équivalents lorsque vous avez un grand système (environ sur des échelles de 10^23 atomes). Cependant, ce que nous montrons dans notre travail, c'est que non seulement l'enchevêtrement est présent dans le processus, mais sa structure est très différente selon la manière dont vous choisissez de décrire votre système. Donc, cela nous donne un moyen de tester des questions fondamentales en mécanique statistique. L'idée est générale et peut être appliquée à une gamme de systèmes aussi petits que quelques atomes et aussi grands que des trous noirs."

Marlon Brenes, doctorat candidat à Trinity et premier auteur de l'article, utilisé des super-ordinateurs pour simuler des systèmes quantiques afin de tester l'idée.

Brenes, un spécialiste du numérique, a déclaré :« Les simulations numériques pour ce projet que j'ai effectuées sont à la limite de ce qui peut être fait actuellement au niveau du calcul haute performance. Pour exécuter le code j'ai utilisé la facilité nationale, ICHEC, et la nouvelle machine Kay là-bas. Donc, en plus d'être un bon résultat fondamental, le travail nous a vraiment aidés à repousser les limites de ce type d'approche informatique et à établir que nos codes et l'architecture nationale fonctionnent à la pointe de la technologie. »