Une équipe de chercheurs de l’université de Twente a réussi à démontrer que la mécanique quantique et la thermodynamique peuvent coexister en utilisant une puce optique avec des canaux de photons. Les canaux présentent individuellement un désordre conforme à la thermodynamique, tandis que le système global est conforme à la mécanique quantique en raison de l’enchevêtrement des sous-systèmes, ce qui prouve que l’information peut être préservée et transférée. Crédit : Université de Twente
Il semble que la mécanique quantique et la thermodynamique ne puissent pas être vraies simultanément. Dans une nouvelle publication, des chercheurs de l’université de Twente utilisent des photons dans une puce optique pour démontrer que les deux théories peuvent être vraies en même temps.
En mécanique quantique, le temps peut être inversé et l’information est toujours préservée. En d’autres termes, il est toujours possible de retrouver l’état antérieur des particules. On a longtemps ignoré comment cela pouvait être vrai en même temps que la thermodynamique. Là, le temps a une direction et l’information peut également être perdue. « Pensez à deux photos que vous mettez au soleil pendant trop longtemps, au bout d’un moment vous ne pouvez plus les distinguer », explique l’auteur Jelmer Renema.
Il existait déjà une solution théorique à cette énigme quantique et même une expérience avec des atomes, mais les chercheurs de l’Université de Twente (UT) l’ont maintenant également démontrée avec des photons. « Les photons présentent l’avantage de pouvoir facilement inverser le cours du temps », explique Renema. Lors de l’expérience, les chercheurs ont utilisé une puce optique avec des canaux à travers lesquels les photons pouvaient passer. Au début, ils ont pu déterminer exactement le nombre de photons dans chaque canal, mais ensuite, les photons ont changé de position.
Sommaire
Intrication des sous-systèmes
« Lorsque nous avons examiné les canaux individuels, nous avons constaté qu’ils obéissaient aux lois de la thermodynamique et qu’ils créaient du désordre. Sur la base des mesures effectuées sur un canal, nous ne savions pas combien de photons se trouvaient encore dans ce canal, mais le système dans son ensemble était conforme à la mécanique quantique », explique M. Renema. Les différents canaux – également appelés sous-systèmes – étaient intriqués. L’information manquante dans un sous-système « disparaît » dans l’autre sous-système.
Plus d’informations
Jelmer Renema est professeur assistant au sein du groupe de recherche sur l’optique quantique adaptative. Il est également l’un des scientifiques vedettes de l’Université de Twente. Jens Eisert de la Freie Universität Berlin, qui a joué un rôle important dans la démonstration de la réversibilité de l’expérience. Ils ont récemment publié leur article intitulé « Quantum simulation of thermodynamics in an integrated quantum photonic processor » (Simulation quantique de la thermodynamique dans un processeur photonique quantique intégré) dans la revue scientifique Nature Communications.
Référence : « Quantum simulation of thermodynamics in an integrated quantum photonic processor » par F. H. B. Somhorst, R. van der Meer, M. Correa Anguita, R. Schadow, H. J. Snijders, M. de Goede, B. Kassenberg, P. Venderbosch, C. Taballione, J. P. Epping, H. H. van den Vlekkert, J. Timmerhuis, J. F. F. Bulmer, J. Lugani, I. A. Walmsley, P. W. H. Pinkse, J. Eisert, N. Walk et J. J. Renema, 1er juillet 2023, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-023-38413-9