En 1946, Felix Bloch a prédit que, même en l'absence de champ magnétique externe, un moment magnétique fluctuant existe dans un ensemble de spins. Il croît comme la racine carrée du nombre de particules, et dans les petits échantillons, ce bruit peut dépasser la polarisation thermique. Pendant longtemps, on l'a décrit par des champs fluctuants phénoménologiques, ce qui exigeait des hypothèses supplémentaires. Un nouveau travail montre que le bruit est une trace laissée par les mesures elles-mêmes, et qu'on peut le dériver du formalisme standard des systèmes quantiques ouverts.
Imaginez un interprète qui se laisse distraire par chaque bruissement dans la salle : une réunion d'une heure se transforme en deux heures. De même, un système quantique : chaque mesure laisse une empreinte, modifiant son état. Les auteurs ont construit un modèle où l'évolution d'un ensemble de spins est une séquence d'opérations quantiques : mesure et évolution. L'interaction avec l'environnement est décrite par une carte CPTP, et l'interaction avec le détecteur par des opérateurs de mesure. Pour les mesures fortes, on utilise des projecteurs sur des sous-espaces à aimantation fixée ; pour les mesures faibles, des éléments POVM à profil gaussien.
La statistique de la deuxième mesure est corrélée à la première, mais la corrélation disparaît pour de grands intervalles de temps ou des mesures faibles. Pour des états initiaux arbitraires, à l'exception de la première mesure, la statistique coïncide avec celle d'un état mixte. Cela signifie que le bruit ne dépend pas de la préparation du système, pourvu que suffisamment de temps se soit écoulé.
Auparavant, le bruit de spin était décrit par des champs fluctuants phénoménologiques, ce qui nécessitait des hypothèses supplémentaires. Désormais, il est démontré que le bruit est entièrement déterminé par les mesures quantiques et l'évolution, sans introduire de champs aléatoires. Cette approche simplifie l'analyse et ouvre la voie à une description unifiée du bruit dans diverses technologies quantiques.
L'interprète qui se laissait distraire par les bruissements a fini par apprendre à les ignorer. De même, les scientifiques voient désormais que le bruit n'est pas une nuisance gênante, mais une conséquence directe de la façon dont nous interrogeons le système quantique. Et plus la question est précise, plus la réponse est forte.
En 1946, Felix Bloch a prédit que, même en l'absence de champ magnétique externe, un ensemble de spins possède un moment magnétique fluctuant proportionnel à la racine carrée du nombre de particules. Cet effet n'a été confirmé expérimentalement que des décennies plus tard.