Le chat de Schrödinger est une expérience de pensée conçue pour expliquer la superposition quantique et la mesure quantique, qui sont les caractéristiques fondamentales de la physique quantique. Dans cette expérience, le chat à l'intérieur de la boîte peut être à la fois vivant et mort en même temps (superposition quantique), et son état (mort ou vivant) est décidé au moment où la boîte est ouverte (mesurée). De telles superpositions et mesures quantiques ne sont pas seulement le fondement de la physique quantique, mais garantissent également la sécurité de l'informatique quantique et de la cryptographie.

L'équipe de recherche, composée des Drs. Seongjin Hong, Hyang-Tag Lim et Seung-Woo Lee du Centre d'information quantique de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST, président Seok Jin Yoon), ont dérivé et vérifié la relation de préservation de l'information pour la première fois dans la mesure quantique . Cela renforce la sécurité des technologies de l'information quantique, même dans le domaine des mesures quantiques faibles.

L'ouverture de la boîte (mesure quantique) accueillant le chat pour obtenir des informations indiquant s'il est mort ou vivant modifie la condition initiale du chat étant à la fois mort et vivant en même temps (superposition quantique) en étant simplement mort ou vivant. En d'autres termes, le chat est mort dès l'instant où nous obtenons l'information qu'il « est mort », ou est vivant dès l'instant où nous obtenons l'information qu'il « est vivant ». En raison de l'irréversibilité des mesures quantiques, l'état du chat ne peut pas être inversé.

Cependant, que se serait-il passé si la mesure n'avait pas été faite complètement, c'est-à-dire si la boîte n'avait été ouverte qu'un peu pour révéler la queue du chat ? Cet événement est appelé mesure faible en mécanique quantique. Dans ce cas, des informations complètes sur l'état du chat ne peuvent pas être obtenues, et l'état du chat peut être ramené à son état initial en utilisant l'inversion de mesure. Par conséquent, établir une relation de préservation de l'information quantique en considérant la quantité d'informations obtenues, perturbées et réversibles a été un défi en physique quantique et également une tâche importante pour assurer la sécurité de la technologie quantique.

L'équipe de recherche a théoriquement dérivé une relation de préservation de l'information en tenant compte de la probabilité d'inversion ainsi que des relations existantes de gain d'information et de perturbation de l'état. Cette relation de préservation de l'information a été vérifiée expérimentalement en utilisant des éléments optiques linéaires tels que des lames d'onde et des polariseurs pour mettre en œuvre des mesures faibles et des "opérations d'inversion" et en les appliquant à un état quantique tridimensionnel réalisé par un seul photon. Cette relation de préservation de l'information révèle que l'obtention de plus d'informations sur un état quantique en augmentant l'intensité de la mesure perturbe davantage l'état quantique. Dans le même temps, il est également montré que la probabilité d'inverser l'état perturbé à son état initial avant la mesure faible devient plus faible. Notez que s'il était possible d'inverser un état quantique perturbé à son état initial, la sécurité de la cryptographie quantique pourrait ne pas être garantie.

Drs. Hong et Lim, qui ont dirigé l'expérience de cette étude, et le Dr Lee, qui a dirigé la théorie, disent que "c'est le résultat d'établir parfaitement que la technologie quantique est sécurisée en principe en prouvant que la quantité totale d'informations d'un quantum l'état ne peut pas être augmenté même par la mesure. Nous nous attendons à ce que cela soit appliqué comme une technologie d'optimisation pour l'informatique quantique, la cryptographie quantique et la téléportation quantique."

La recherche a été publiée dans Physical Review Letters . + Explorer plus loin

Une étude redéfinit les informations importantes dans les mesures quantiques