L'univers quantique regorge de mystères, et parmi eux, l'intrication quantique intrigue par ses propriétés déroutantes. Des chercheurs viennent de montrer que ce phénomène obéit à des règles universelles, peu importe la dimension de l'espace-temps étudiée, grâce à une nouvelle approche théorique.
L'intrication quantique, c'est ce lien étrange qui unit deux particules, même lorsqu'elles sont séparées par une distance immense. Comme si elles restaient connectées, leurs comportements demeurent corrélés: changer l'état de l'une influence immédiatement l'autre. Contrairement à la physique classique, où les objets sont indépendants, les états quantiques sont intimement liés. Cette propriété est aujourd'hui au cœur de technologies comme l'ordinateur quantique ou la cryptographie quantique.
Représentation de l'intrication quantique de une à deux dimensions.
Crédit: Yuya Kusuki Pour mesurer l'intensité de cette intrication, les scientifiques utilisent l'"entropie de Rényi". Il s'agit d'un outil mathématique qui permet d'évaluer la complexité des états quantiques et la façon dont l'information se répartit. Cette mesure est précieuse non seulement pour comprendre les systèmes quantiques à plusieurs particules, mais aussi pour des théories avancées comme la gravité quantique. Elle est même utilisée pour aborder des énigmes comme la perte d'information dans les trous noirs.
L'équipe dirigée par Yuya Kusuki (Université de Kyushu) a appliqué une méthode appelée "théorie thermique effective", initialement développée en physique des particules. Cette approche consiste à simplifier des systèmes complexes en se concentrant sur quelques paramètres fondamentaux, comme l'énergie de Casimir. Grâce à elle, les chercheurs ont montré que l'entropie de Rényi suit des lois universelles, quelles que soient les dimensions. Cela facilite grandement l'étude des structures d'intrication.
Ces résultats pourraient avoir des retombées concrètes: simulations numériques plus efficaces pour les systèmes quantiques multidimensionnels, meilleure compréhension des théories de gravité quantique, et avancées possibles dans les technologies basées sur l'intrication.
Théorie thermique effective
La théorie thermique effective est une manière de simplifier l'étude de phénomènes. L'idée est qu'un système apparemment difficile à décrire peut souvent être résumé par quelques grandeurs physiques essentielles, comme la température ou l'énergie.
D'abord utilisée en physique des particules, cette méthode a permis de progresser dans la compréhension de théories difficiles à manipuler. Appliquée aujourd'hui à l'information quantique, elle permet d'identifier des règles générales dans l'intrication, sans avoir besoin de modéliser chaque détail.
Cette simplification rend possible l'analyse de quantités mesurables, comme l'entropie, en mettant en avant seulement ce qui est essentiel. Elle devient ainsi un outil puissant pour explorer la physique quantique.