Décorrélation
Définition de la décohérence
La décohérence fait référence au processus par lequel les caractéristiques quantiques d'un système quantique, telles que la superposition et l'intrication, sont détruites ou perdues. Cela entraîne un comportement du système plus classique et prévisible.
La décohérence est un phénomène naturel qui se produit lorsqu'un système quantique interagit avec son environnement. C'est un défi majeur dans le domaine de l'informatique quantique et du traitement de l'information quantique, car elle limite la capacité à maintenir et manipuler des états quantiques délicats pendant de longues périodes.
Comment la décohérence se produit
Lorsqu'un système quantique interagit avec l'environnement, il subit un processus connu sous le nom de décohérence. Cette interaction peut être causée par divers facteurs, tels que les molécules d'air, le rayonnement thermique et les champs électromagnétiques. Ces influences externes perturbent les états quantiques délicats du système, entraînant la perte de ses propriétés quantiques.
Le processus de décohérence peut être compris à travers le concept d'effondrement de la fonction d'onde. Selon les principes de la mécanique quantique, un système quantique existe dans une superposition de multiples états jusqu'à ce qu'il soit observé ou mesuré. Cependant, lorsque le système interagit avec son environnement, il devient intriqué avec les particules environnantes, provoquant l'effondrement de la superposition en un état unique. Cet effondrement détruit les caractéristiques quantiques du système et conduit à un comportement classique et prévisible.
Types de décohérence
Il existe plusieurs types de décohérence qui peuvent se produire dans un système quantique. Ceux-ci incluent :
Décohérence de phase : Cela se produit lorsque le système quantique perd son information de phase en raison des interactions avec l'environnement. La décohérence de phase est particulièrement importante en informatique quantique, car les algorithmes quantiques reposent sur l'interférence des états quantiques pour obtenir une accélération computationnelle.
Décohérence dissipative : Ce type de décohérence provient de la perte continue d'énergie du système quantique vers son environnement. Le processus de dissipation d'énergie, tel que l'émission de photons ou de phonons, entraîne la dégradation des propriétés quantiques du système au fil du temps.
Décohérence induite par mesure : Lorsqu'un système quantique est mesuré, il interagit avec l'appareil de mesure et l'environnement environnant, ce qui conduit à la décohérence. Ce type de décohérence est associé à l'effondrement de la fonction d'onde lors de la mesure.
Applications et impact de la décohérence
La décohérence pose un défi significatif dans le domaine de l'informatique quantique et du traitement de l'information quantique. Elle limite la capacité à maintenir et manipuler des états quantiques, qui sont essentiels pour effectuer des calculs quantiques complexes et atteindre un avantage quantique par rapport aux systèmes classiques.
L'impact de la décohérence s'étend au-delà du domaine de l'informatique quantique. En cryptographie quantique, par exemple, la décohérence peut compromettre la sécurité des systèmes de distribution de clés quantiques. Ces systèmes reposent sur la transmission d'états quantiques pour échanger des clés de cryptage de manière sécurisée. Cependant, si la décohérence se produit pendant la transmission, des intrus peuvent accéder à la clé, compromettant ainsi la sécurité de la communication.
Prévention et atténuation de la décohérence
Prévenir ou atténuer les effets de la décohérence est crucial pour l'avancement des technologies quantiques. Voici quelques stratégies explorées :
Techniques d'isolation : Protéger les systèmes quantiques contre les influences externes est un moyen efficace de réduire la décohérence. Cela peut être réalisé en créant un environnement avec des températures ultra-basses et de grands vides pour minimiser les interactions avec les molécules d'air et autres particules. De plus, isoler le système des champs électromagnétiques et des vibrations peut aider à minimiser la décohérence.
Méthodes de correction d'erreurs : Les techniques de correction d'erreurs peuvent aider à atténuer l'impact de la décohérence sur les systèmes quantiques. Ces méthodes impliquent d'encoder l'information de manière redondante dans des états quantiques, permettant la détection et la correction des erreurs causées par la décohérence. En distribuant l'information quantique sur plusieurs qubits physiques et en effectuant des opérations de correction d'erreurs, les effets de la décohérence peuvent être minimisés.
Termes associés
- Quantum Supremacy : La capacité des ordinateurs quantiques à résoudre des problèmes inaccessibles aux ordinateurs classiques.
- Quantum Cryptography : Communication sécurisée basée sur les principes de la mécanique quantique, utilisant la distribution de clés quantiques pour échanger des clés cryptographiques.