L’effort pour produire des calculaleurs quantiques vraiment utiles se traduit souvent par un effort pour les rendre plus importants. On leur ajoute des bits quantiques ou qubits
En informatique quantique, un qubit est un système quantique à deux niveaux. . Ces deux niveaux, notés | 0 ⟩ et | 1 ⟩ représentent chacun un état de base du qubit et en font donc l’analogue quantique du bit.
Grâce à la propriété de superposition quantique, un qubit stocke une information qualitativement différente de celle d’un bit. D’un point de vue quantitatif, il peut être dans une infinité d’états. Mais il se réduira à un seul bit d’information au moment de sa mesure, Le concept de qubit, tout en étant discuté dès les années 1980, fut formalisé par Benjamin Schumacher en 1995
Mais créer un véritable hasard quantique (quantum randomness) ne consiste pas à créer du chaos quantique. Le terme de « chaos quantique » désigne un champ de recherches ouvert dans les années 1970 qui est issu des succès de la théorie du chaos en dynamique hamiltonienne classique ; il tente essentiellement de répondre à la question de savoir si ce terme a un sens en physique quantique
La notion de chaos renvoie à un concept qui remonte à l’Antiquité, dans la perspective d’une explication du monde reposant sur le principe de l’harmonie du cosmos. Le terme est employé ici dans le sens d’une sensibilité extrême aux conditions initiales comme pour la théorie du chaos classique.
Les recherches ont montré que :
- il n’existe pas de « chaos quantique » au sens strict du terme, c’est-à-dire qu’il n’existe pas de divergence exponentielle des états quantiques au cours du temps dans l’espace de Hilbert qui serait l’analogue de la divergence exponentielle des orbites dans l’espace des phases classique..
- Cette absence de « sensibilité aux conditions initiales » en mécanique quantique est lié au fait que l’équation de Schrödinger est une équation linéaire ; c’est pourquoi Michael Berry a suggéré d’utiliser l’expression « chaologie quantique » à la place de « chaos quantique »
- Cependant, les systèmes physiques classiquement chaotiques présentent certaines propriétés quantiques clairement distinctes de celles des systèmes classiquement intégrables : il existe en quelque sorte des « signatures » quantiques du chaos classique sous-jacent
- Même s’il ne s’agit pas de comportement chaotique, la mécanique quantique introduit une imprécision intrinsèque avec le principe d’incertitude et les fluctuations quantiques. De plus, le phénomène de décoherence est aléatoire. Les mesures sur les systèmes quantiques sont donc imprévisibles, ce qui rend les systèmes macroscopiques imprévisibles sur le long terme.
D’autre part, la décoherence rend les systèmes non linéaires par l’effondrement de la fonction d’onde. Elle permet l’émergence des phénomènes classiques et notamment de la sensibilité aux conditions initiales. Les mesures sur les systèmes quantiques peuvent donc être chaotiques.
Créer un véritable hasard quantique (à ne pas confondre avec le chaos quantique) qui peut ê tre utile dans les technologies quantiques, exige beaucoup d’ingénierie. Mais Wai-Keong Mok du California Institute of Technologyet ses collègues ont découvert comment le faire pour nous.
Suite non traduite et non résumée
“They found a very efficient way of effectively translating classical randomness, which is something we understand very well, which is very easy to generate, into quantum randomness, which is something that’s hard to understand and also much harder to generate,” says Pieter Claeys at Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems in Germany.
Quantum randomness means a complete lack of patterns and predictability. In a truly random system, there is no way to predict the properties of a quantum object even if you have interacted with it before. Because quantum physics allows for more correlations than exist for non-quantum objects, quantum and classical randomness are also not equivalent – and the classical kind is much easier to create. Chaos, on the other hand, can be more predictable, but chaotic systems are extremely sensitive to their conditions, so even slight changes in the environment can change a chaotic object’s behaviour.
The researchers analysed how the quantum version of this sensitivity may help quantum objects become more random. They simulated a chaotic system that was made up of many qubits. In their set-up, making measurements on some qubits pushed others into random quantum states and the researchers could quantify the amount of quantum randomness in that final state.
They ran many simulations to determine the initial properties that would result in the system gaining the most quantum randomness after being allowed some time to experience chaos. Ultimately, making the qubits’ initial state more classically random turned out to be the best choice. Mok says the team was surprised to find that this conversion turned each unit, or bit, of classical randomness into as much quantum randomness as if they had added a whole extra qubit to the system. He says his team found a shortcut.
Mok says it may already be possible to concretely test this result because some experiments with extremely cold atoms have previously created chaotic systems like the one his team studied. The next step is to use similar experiments to confirm that a mix of classical randomness and quantum chaos can indeed be helpful for tasks such as benchmarking the atoms’ ability to work as qubits or a process called “shadow tomography”, which is used to examine qubits’ quantum states, both of which require quantum randomness.
Journal reference: Physical Review Letters, in press
Même s’il ne s’agit pas de comportement chaotique, la mécanique quantique introduit une imprécision intrinsèque avec le principe d’incertitude et les fluctuations quantiques. De plus, le phénomène de décoherence est aléatoire. Les mesures sur les systèmes quantiques sont donc imprévisibles, ce qui rend les systèmes macroscopiques imprévisibles sur le long terme.
D’autre part, la décoherence rend les systèmes non linéaires par l’effondrement de la fonction d’onde. Elle permet l’émergence des phénomènes classiques et notamment de la sensibilité aux conditions initiales. Les mesures sur les systèmes quantiques peuvent donc être chaotiques.
Créer un véritable hasard quantique (à ne pas confondre avec le chaos quantique) qui peut tre utile dans les technologies quantiques, exige beaucoup d’ingénierie. Mais Wai-Keong Mok du California Institute of Technologyet ses collègues ont découvert comment le faire pour nous.
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