De récentes recherches montrent que les scientifiques peuvent maintenant exploiter une théorie fondamentale qui étend la portée de la mécanique quantique pour mettre au point des protocoles de communication.
Michael Grabowecky, étudiant à la maîtrise à l’Institut d’informatique quantique (IQC) ainsi qu’au Département de physique et d’astronomie de l’Université de Waterloo, a réalisé cette percée avec des collègues de l’Université de Calgary.
Les physiciens quantiques travaillent en général directement sur des états quantiques. Ils les préparent, effectuent des opérations sur ces états, puis finissent par les mesurer. C’est un peu comme de mettre une plante en pot puis de venir voir plus tard comment elle a poussé. L’information sur l’état initial et son évolution vers un autre état est représentée dans un « canal quantique ».
Par contre, les supercanaux quantiques donnent une analyse d’un niveau plus élevé. Ils représentent l’évolution d’un canal quantique, tout comme un canal quantique représente l’évolution d’un état quantique. Par exemple, au lieu de travailler uniquement sur une semence ou une fleur, un jardinier peut traiter et manipuler tout le processus de croissance comme une seule entité.
« Les canaux quantiques sont les objets fondamentaux les plus généraux que l’on puisse considérer, car ils englobent à la fois les états quantiques et leur évolution » [traduction], déclare M. Grabowecky. La manipulation des supercanaux permet de développer de nouveaux protocoles de communication et ouvre beaucoup de possibilités de traitement de l’information quantique.
Le principal obstacle à la manipulation de canaux quantiques est l’incertitude quant à la manière de les mesurer. C’est parce que la théorie des supercorrespondances — qui permet aux chercheurs de manipuler des canaux quantiques — n’est pas toujours compatible avec la relation de causalité, relation ordinaire entre cause et effet.
« La théorie permet à une partie d’une opération sur un canal quantique d’agir avant la préparation de l’état quantique, dit M. Grabowecky, et à l’autre partie d’agir après » [traduction].
Comme dans la réalité les chercheurs ne peuvent concevoir une expérience qui viole la causalité, ils ont dû trouver d’autres manières de mesurer des canaux quantiques. Leur article explique pour la première fois comment ils ont comblé cette lacune. Ils présentent les conditions nécessaires pour définir une mesure de canaux quantiques.
Michael Grabowecky a hâte de voir les répercussions de ses recherches théoriques dans le monde de la physique.
« Les conditions de mesure présentées dans cet article auront beaucoup d’implications en informatique quantique, en particulier dans la programmation, l’estimation et l’étalonnage de dispositifs quantiques, dit-il. Ces travaux nous procurent un nouvel outil pour des expériences futures. » [traduction]
L’article Necessary and Sufficient Conditions on Measurements of Quantum Channels (Conditions nécessaires et suffisantes de mesure de canaux quantiques) a été publié le 28 avril 2020 dans Royal Society A.