Dans une nouvelle étude de Skoltech et de l'Université du Kentucky, les chercheurs ont découvert un nouveau lien entre l'information quantique et la théorie quantique des champs. Ces travaux attestent du rôle croissant de la théorie de l'information quantique dans divers domaines de la physique. L'article a été publié dans la revue Lettres d'examen physique .

L'information quantique joue un rôle de plus en plus important en tant que principe organisateur reliant diverses branches de la physique. En particulier, la théorie de la correction d'erreur quantique, qui décrit comment protéger et récupérer les informations dans les ordinateurs quantiques et autres systèmes complexes en interaction, est devenu l'un des éléments constitutifs de la compréhension moderne de la gravité quantique.

"Normalement, les informations stockées dans les systèmes physiques sont localisées. Dire, un fichier informatique occupe une petite zone particulière du disque dur. Par "erreur", nous entendons toute interaction imprévue ou indésirable qui brouille les informations sur une zone étendue. Dans notre exemple, des morceaux du fichier informatique seraient dispersés sur différentes zones du disque dur. Les codes de correction d'erreurs sont des protocoles mathématiques qui permettent de rassembler ces éléments pour récupérer les informations d'origine. Ils sont très utilisés dans les systèmes de stockage de données et de communication. Les codes correcteurs d'erreurs quantiques jouent un rôle similaire dans les cas où la nature quantique du système physique est importante, " Anatoli Dymarsky, Professeur associé au Skoltech Center for Energy Science and Technology (CEST), explique.

Dans une tournure plutôt inattendue, Les scientifiques ont réalisé il n'y a pas si longtemps que la gravité quantique - la théorie décrivant la dynamique quantique de l'espace et du temps - utilise des protocoles mathématiques similaires pour échanger des informations entre différentes parties de l'espace. "La localisation de l'information au sein de la gravité quantique reste l'un des rares problèmes fondamentaux ouverts en physique théorique. C'est pourquoi l'apparition de structures mathématiques bien étudiées telles que les codes de correction d'erreurs quantiques est intrigante, " note Dymarsky. Pourtant, le rôle des codes n'a été compris que schématiquement, et le mécanisme explicite derrière la localisation de l'information reste insaisissable.

Dans leur nouveau papier, lui et son collègue, Alfred Shapere du Département de physique et d'astronomie de l'Université du Kentucky, établir une nouvelle connexion entre les codes de correction d'erreurs quantiques et les théories de champ conformes bidimensionnelles. Ces derniers décrivent les interactions des particules quantiques et sont devenus des outils théoriques standards pour décrire de nombreux phénomènes différents, des particules élémentaires fondamentales aux quasi-particules émergentes dans les matériaux quantiques, comme le graphène. Certaines de ces théories de champ conformes décrivent également la gravité quantique via une correspondance holographique.

"Maintenant, nous avons un nouveau terrain de jeu pour étudier le rôle des codes de correction d'erreurs quantiques dans le contexte de la théorie quantique des champs. Nous espérons qu'il s'agit d'une première étape pour comprendre comment fonctionne réellement la localisation de l'information, et ce qui se cache derrière toutes ces belles mathématiques, " conclut Dymarsky.