Pourquoi les particules quantiques font du bruit ✛ ✎

Original: "Quantum Model Of Spin Noise"
· R. Annabestani, D. G. Cory, J. Emerson
arXiv:1407.7620 · 2014-07-29 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 1 min
Le bruit des particules quantiques est une trace laissée par les mesures, pas un champ aléatoire.

Même si les particules quantiques restent tranquilles, elles produisent quand même du bruit. Ce bruit ressemble à des traces qui subsistent après chaque mesure. Auparavant, les scientifiques pensaient que le bruit était causé par des champs aléatoires, mais on a découvert que ce sont les mesures elles-mêmes qui le créent.

Un interprète se laisse distraire par chaque bruissement dans la salle, et une réunion d'une heure se transforme en deux heures. C'est pareil pour un système quantique : chaque mesure laisse une empreinte, modifiant son état. Les scientifiques ont construit un modèle où l'évolution des particules est une chaîne de mesures et d'évolutions. Pour les mesures fortes, on utilise des projecteurs ; pour les mesures faibles, des éléments POVM à profil gaussien.

Le bruit croît comme la racine carrée du nombre de particules. S'il y a 100 particules, le bruit est 10 fois plus grand que pour une seule.

Cette découverte aide dans les ordinateurs quantiques, où le bruit empêche les particules de conserver l'information. Désormais, les ingénieurs peuvent mieux concevoir les schémas de correction d'erreurs en sachant d'où vient le bruit. Et dans les capteurs de précision, comme les magnétomètres, on peut interpréter le signal avec plus de justesse.

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.

R(k) = \frac{N}{4} e^{-t_k/T}
La corrélation entre les mesures décroît exponentiellement avec le temps
\sigma[M; t_1] = \frac{1}{2}\sqrt{N}
Le bruit croît comme la racine carrée du nombre de spins
Scientifiques
Niels BohrPascual JordanWerner HeisenbergEnrico FermiPaul DiracSatyendra Nath Bose
Notions
bruit statistique mousse de spin nombre quantique théorème de la relation spin-statistique gigue fluctuation aléatoire fluctuations stochastiques axe de rotation fluctuation oscillation instabilité fonction d'onde incertitude stochastique oscillations de neutrinos particule virtuelle oscillations des réseaux de neurones spin Théorie des probabilités vibration