En mécanique quantique, il ne faut pas craindre les paradoxes.
Ainsi une nouvelle recherche montre qu’un tout peut être plus grand que la somme de ses parties. Plus précisément plusieurs états quantiques de basse énergie peuvent être conjugués afin de former un état dont les régions sont douze fois plus énergétiques que chacune les composantes.
Rappelons qu’une des révélations la plus choquante de la mécanique quantique est que chaque objet peut y être vu comme une onde.
Ainsi Andrew Jordan de l’université Chapman, Californie, a découvert une méthode permettant d’obtenir des états quantiques qui devraient n’avoir que peu d’énergie mais qui en fait en ont beaucoup à conjuguer.
Lui-même et un de ses collègues de l’université Chapman, Yakir Aharonov, avaient découvert dans les années 1990 un phénomène qu’ils nommèrent « superoscillation » .
Toutes les ondes peuvent être décomposées en plusieurs ondes sinusoïdales dotées de leurs propres fréquences . Si l’on agrandit une petite région de l’onde principale, il apparaît éventuellement que la somme des ondes peut onduler plus vite que la plus rapide d’entre elle, formant une superoscillation.
En généralisant, ils montrèrent mathématiquement que plusieurs états quantiques d’énergie quasi nulle peuvent à l’occasion fusionner en un état de grande énergie.
Malheureusement, compte tenu de l’imprévisibilité propre au monde quantique il ne leur pas encore apparu comment donner à ce phénomène des applications utilisables dans le monde quotidien. Mais il s ‘agira d’une question à suivre.
Référence
Superphenomena for arbitrary quantum observables
Andrew N. Jordan, Yakir Aharonov, Daniele C. Struppa, Fabrizio Colombo, Irene Sabadini, Tomer Shushi, Jeff Tollaksen, John C. Howell, and A. Nick Vamivakas
Phys. Rev. A 110, 012206 – Published 8 July 2024
Abstract
Superoscillations occur when a globally band-limited function locally oscillates faster than its highest Fourier component. We generalize this effect to arbitrary quantum-mechanical operators as a weak value, where the preselected state is a superposition of eigenstates of the operator with eigenvalues bounded to a range, and the postselection state is a local position. Superbehavior of this operator occurs whenever the operator’s weak value exceeds its eigenvalue bound. We give illustrative examples of this effect for total angular momentum and energy. In the latter case, we demonstrate a sequence of harmonic oscillator potentials where a finite-energy state converges everywhere on the real line, using only bounded superpositions of states whose asymptotic energy vanishes—“energy out of nothing.” This limit requires postselecting the particle in a region whose size diverges in the considered limit. We further show in this example that the superenergy is associated with superoscillations in time with a rate given by the local superenergy divided by the reduced Planck’s constant. This example demonstrates the possibility of mimicking a high-energy state with coherent superpositions of nearly zero-energy states for as wide a spatial region as desired. We provide numerical evidence of these features to further bolster and elucidate our claims.
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