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De nouveaux résultats de recherche pourraient accélérer la technologie quantique

Les technologies quantiques peuvent être appliquées dans une grande variété de domaines: ordinateurs, capteurs, systèmes de modélisation cryptographique et traitement d'images. Mais la pierre d'achoppement est la nécessité d'atteindre une fiabilité appropriée en termes de contrôle de l'état au niveau des atomes et des photons, rapporte Phys.org . Un processus adiabatique est souvent utilisé pour préparer un système quantique au travail , mais en raison de sa durée et du bruit ambiant, le système «perd souvent son état quantique».

Afin d'accélérer la préparation et de minimiser la décohérence, les physiciens ont développé la soi-disant «réduction adiabatique» (STA), qui est applicable à tout processus de transition vers un état quantique. La transition elle-même est effectuée beaucoup plus rapidement que lors de l'application du processus adiabatique classique sans perdre ses qualités et ses propriétés. Cette approche a été développée à l'origine pour des systèmes simples constitués d'une seule particule, mais a récemment été étendue aux systèmes de nombreux corps qui ont appliqué des applications. Cependant, l'utilisation de STA dans les grands systèmes reste problématique en raison de la complexité de la structure de ces derniers.

Dans un nouveau rapport publié dans la revue Physical Review Letters, le physicien Steve Campbell de l'Université Queen's de Belfast et ses collègues de l'Université de Palerme et de l'Université nationale de Singapour ont développé une nouvelle méthode hybride pour obtenir des états quantiques pour des systèmes impliquant de nombreux corps. Il consiste en une utilisation optimisée de STA. Le principal avantage de la nouvelle méthode est qu'elle permet d'atteindre des performances STA presque parfaites, ce qui simplifie considérablement la production d'états quantiques et en même temps ne nécessite pas une compréhension complète de tous les mécanismes et processus. Les scientifiques ont pu démontrer un coût assez faible pour atteindre des états quantiques, couplé à une vitesse élevée, ce qui augmente l'attrait de la STA.

«Notre travail montre que la solution au problème de nombreux corps quantiquesLa classe LMG existe. Ce problème a attiré beaucoup d'attention de diverses communautés physiques étudiant les états quantiques des corps », a déclaré Campbell. «Au cours de notre travail, nous avons été guidés par le principe de« Connaître votre ennemi à vue »- c'est une approche dans laquelle nous utilisons des problèmes symétriques, dont la solution nous permettra de créer un système efficace de réduction quantique»

Comme l'expliquent les chercheurs, leur développement, la réduction quantique, peut être comparé au conducteur qui trouve le moyen le plus court de travailler. "En un mot, notre travail peut être expliqué même au profane à l'aide d'analogies compréhensibles", a déclaré Campbell. «Supposons que vous souhaitiez vous rendre de votre bureau pour travailler en voiture, mais que vous ne vouliez pas rester dans un embouteillage sur une autoroute lundi matin. Vous arriverez sans aucun doute à votre lieu de travail et commencerez vos fonctions, mais vous perdrez beaucoup de temps et cela signifie très probablement que vous n'aurez le temps de faire que la moitié du plan le matin.

À la fin, vous décidez de couper le chemin le long de la route à péage. Oui, vous paierez un peu, mais vous pourrez arriver à temps sur votre lieu de travail et passer beaucoup moins de temps: vous aurez le temps de faire toutes vos affaires, votre patron sera content, vous recevrez une augmentation de salaire et, au final, les dépenses que vous aurez engagées pour le paiement de la route n'a plus d'importance. "

Si vous projetez cette situation, où votre voiture devient un système quantique dans un état préparé (c'est-à-dire qu'elle est située au point de départ chez vous) sur le monde quantique, alors vous avez encore deux options: vous tenir indéfiniment dans le trafic sur une autoroute dans le flux général ou couper le chemin avec une contraction quantique. Du point de vue de l'énergie dépensée, cela coûtera un peu, mais vous permettra de réaliser ce que vous voulez plusieurs fois plus rapidement.

Pour la situation décrite avec une seule personne, la description de ce problème est similaire à la situation pour un système à un seul corps. Mais Campbell a noté qu'en ajoutant plus de «passagers» au flux, la situation devenait de plus en plus compliquée. C'est là que se pose le problème d'un système à plusieurs corps.

«Maintenant, vous devez faire de même avec vos collègues de travail. Ils quittent tous leur domicile en même temps, ils vont tous au bureau et tout le monde est confronté aux mêmes problèmes que vous », a expliqué Campbell. «De telles situations, nous appelons la tâche de nombreux organismes. Il s'agit d'un problème grave et très difficile, car tous ceux qui «quittent le bureau» doivent être «persuadés de payer le péage routier». C'est difficile dans le monde réel, et imaginez maintenant à quel point c'est problématique à l'échelle du monde quantique. Jusqu'à présent, la méthode de réduction quantique, connue sous le nom de STA, résout le problème d'un seul objet, mais nous savons très peu de choses sur le nombre d'entre eux. »

Les chercheurs ont démontré que la méthode de réduction quantique (STA) peut fonctionner pour les systèmes à corps multiples et a potentiellement un large éventail d'applications. À leur avis, les États devraient maintenant préparer l'introduction de systèmes quantiques à l'avenir. Les scientifiques prévoient de poursuivre les recherches et d'identifier le véritable coût de la "route à péage", c'est-à-dire de comprendre la quantité d'énergie nécessaire pour utiliser le STA dans un système à plusieurs corps. Ils prévoient également de faire les premiers pas vers la création d'un moteur quantique à l'aide de STA, dans lequel les systèmes à corps multiples mettront en œuvre des cycles thermodynamiques auparavant inaccessibles.

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