L’intrication quantique est l’une des idées les plus stimulantes et contre-intuitives de la physique moderne. Deux particules bien séparées dans le réseau spatio-temporel présentent une corrélation entre leurs propriétés et un acte de mesure sur l’une des paires peut affecter l’autre particule instantanément malgré l’absence de canal de communication, ce qui est à la fois remarquable et bizarre. Albert Einstein, sceptique à l’égard de cette idée, a qualifié l’intrication de « Spooky Action at a Distance », même si c’est son travail qui a conduit à sa réalisation [1].
Bien que ce phénomène reste mystérieux, il a permis de développer de nombreuses technologies qui régissent notre monde moderne. Par exemple, il a conduit à la création de bits quantiques, ou qubits, qui sont essentiels pour l’informatique quantique. En outre, la communication quantique à grande échelle par satellite a beaucoup progressé et l’intrication y joue un rôle important. Par exemple, le physicien expérimental Jian-Wei Pan a appliqué l’intrication quantique et a montré sa distribution à deux endroits séparés d’environ 1203 km sur la Terre [2]. Ce résultat a été obtenu grâce à un satellite quantique doté de deux stations terrestres en Chine, établissant ainsi un record de distance pour les corrélations non locales.
Dans des travaux récents, les physiciens ont découvert pour la première fois une nouvelle façon d’accélérer le processus de création d’intrication, en particulier pour les systèmes quantiques non hermitiens [3]. Il existe une nouvelle branche de la mécanique quantique consacrée à l’étude des systèmes non-hermitiens, appelée mécanique quantique non-hermitienne.
Considérons une classe particulière de systèmes non hermitiens, des systèmes qui ont des hamiltoniens non hermitiens, appelés systèmes symétriques de parité-temps (PT). Ces systèmes possèdent une dégénérescence non triviale connue sous le nom de point exceptionnel (PE), où les énergies propres et les états propres du système convergent. Les chercheurs ont découvert que si un PE se trouve à proximité, il peut conduire à la génération d’un enchevêtrement beaucoup plus rapidement.
La figure montre un processus de génération d’intrication. Des ions strontium (points violets) et calcium (points verts) sont piégés dans deux pièges de Paul séparés et segmentés. Les photons émis par les ions strontium sont collectés à l’aide d’objectifs à grande ouverture numérique et utilisés pour générer une intrication à distance entre les ions. Les ions calcium sont utilisés comme qubits de mémoire et de traitement. Source de l’image et description : Université d’Oxford
Des points exceptionnels ont été observés dans de nombreux systèmes quantiques tels que les atomes ultrafroids, les ions piégés, les circuits supraconducteurs, etc [4, 5, 6]. Ils offrent également des perspectives intéressantes pour des applications technologiques quantiques telles que la détection et le contrôle d’état [7, 8].
Habituellement, l’intrication entre deux qubits couplés se produit à une échelle de temps correspondant à l’inverse de la force de couplage entre les qubits. De manière remarquable, les physiciens impliqués dans ce travail ont découvert que l’intrication entre deux qubits non hermitiens faiblement couplés peut être établie à une échelle de temps qui est essentiellement beaucoup plus petite que l’inverse de la force de couplage.
En outre, à mesure que l’on se rapproche du point exceptionnel, il devient possible de créer un état intriqué maximal avec une connexion ou un couplage plus faible entre les composants quantiques. Cela signifie qu’il n’est pas nécessaire d’avoir une interaction aussi forte entre les éléments quantiques pour obtenir un état hautement intriqué. Cependant, il y a un compromis. Si un couplage plus faible est nécessaire pour l’intrication, il faut plus de temps pour que cet état intriqué se développe ou « s’accumule » complètement. Ainsi, en s’approchant du point exceptionnel, l’intrication devient plus facile à atteindre avec une force d’interaction moindre, mais il faut plus de temps pour que l’intrication atteigne son potentiel maximal.
Cette récente percée constitue une avancée considérable pour les domaines de la science de l’information quantique et de la technologie quantique. Non seulement elle ouvre la voie à des applications dans divers autres domaines scientifiques, mais elle promet également d’ouvrir la voie au développement de dispositifs quantiques innovants, propulsant ainsi ce domaine vers des sommets sans précédent.
La Science Unifiée en Perspective :
L’intrication est un sujet captivant pour les physiciens, et c’est un honneur que notre équipe de recherche à l’ISF ait apporté des contributions substantielles à ce domaine. The Unified Spacememory Network, proposé en 2016, fournit un cadre complet décrivant, entre autres, la nature complexe de notre univers en tant que vaste réseau de sous-systèmes interconnectés [9]. Au sein de ce réseau, le temps émerge grâce à l’enchevêtrement de géométries spatio-temporelles connectées de manière complexe. En outre, le modèle USN élucide le fait que l’évolution de notre univers n’est pas le fruit du hasard, mais qu’elle est régie de manière complexe par l’enchevêtrement trans-temporel. Ce travail dévoile une perspective totalement nouvelle sur l’intrication et ses applications pratiques.
Plus récemment, le physicien Nassim Haramein, en collaboration avec les physiciens Olivier Alirol et Cyprien Guermonprez, a publié un article intitulé « The Origin of Mass and the Nature of Gravity » (L’origine de la masse et la nature de la gravité), disponible sur le serveur de prépublication du CERN [10]. Dans la section discussion de cet article, les auteurs réfléchissent à un nouveau modèle d’intrication, inspiré de la conjecture ER = EPR, qui met en lumière le lien entre l’échelle quantique et l’échelle cosmologique.
Lorsque nous exploitons les progrès empiriques les plus récents en matière de génération d’intrication entre systèmes quantiques et que nous fusionnons ces capacités avec les théories fondamentales établies par des chercheurs du monde entier, y compris notre propre équipe, nous entrevoyons un avenir prometteur pour ceux qui sont enthousiastes à l’idée de repousser les limites de la mécanique quantique et de l’utiliser pour dynamiser la technologie quantique.
Références
[1] A. Einstein, B. Podolsky and N. Rosen, « Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete? » Phys. Rev. 47, 777-80 (1935).
[2] Jian-Wei Pan et al, Satellite-Based Entanglement Distribution Over 1200 kilometers, Science (2017). DOI: 10.1126/science.aan3211
[3] Zeng-Zhao Li et al, Speeding Up Entanglement Generation by Proximity to Higher-Order Exceptional Points, Physical Review Letters (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.100202
[4] J. Li, A. K. Harter, J. Liu, L. de Melo, Y. N. Joglekar, and L. Luo, Observation of parity-time symmetry break- 6 ing transitions in a dissipative Floquet system of ultracold atoms, Nat. Commun. 10, 855 (2019).
[5] L. Ding, K. Shi, Q. Zhang, D. Shen, X. Zhang, and W. Zhang, Experimental determination of PT-symmetric exceptional points in a single trapped ion, Phys. Rev. Lett. 126, 083604 (2021).
[6] M. Naghiloo, M. Abbasi, Y. N. Joglekar, and K. W. Murch, Quantum state tomography across the exceptional point in a single dissipative qubit, Nat. Phys. 15, 1232 (2019).
[7] S. Yu et al., Experimental investigation of quantum PT-enhanced sensor, Phys. Rev. Lett. 125, 240506 (2020).
[8] M. Abbasi, W. Chen, M. Naghiloo, Y. N. Joglekar, and K. W. Murch, Topological quantum state control through exceptional-point proximity, Phys. Rev. Lett. 128, 160401 (2022).
[9] N. Haramein, W. D. Brown, and A. Val Baker, “The Unified Spacememory Network: from Cosmogenesis to Consciousness,” Neuroquantology, vol. 14, no. 4, Jun. 2016, doi: 10.14704/nq.2016.14.4.961
[10] Nassim Haramein, Cyprien Guermonprez, & Olivier Alirol. “The Origin of Mass and the Nature of Gravity”, (2023). DOI: 10.5281/zenodo.8381114
