Le qubit quantique : pourquoi les corrélations disparaissent une à une et parfois reviennent ✛ ✦

Original: "Observation of Full Hierarchy of Temporal Quantum Correlations with a Superconducting Qubit"
arXiv:2505.01379v1 · 2025-05-02 · CC BY 4.0 · 1 min
Une expérience sur un qubit montre que les corrélations quantiques temporelles disparaissent selon un ordre strict, et parfois reviennent d'elles-mêmes.

Dans le monde quantique, il existe de l'intrication quantique non seulement dans l'espace, mais aussi dans le temps : un état passé influence l'avenir. Des scientifiques ont utilisé des mesures quantiques précises pour vérifier la robustesse de telles corrélations temporelles sur un qubit supraconducteur issu d'un processeur IBM. Il s'est avéré que trois types de corrélations — la « non-destructivité » (la capacité d'être dans plusieurs états à la fois, la superposition), la « contrôlabilité » et l'« indivisibilité » — disparaissent strictement l'une après l'autre. D'abord la non-destructivité, puis la contrôlabilité, et enfin l'indivisibilité.

Cela rappelle un jongleur avec trois balles : une rafale de vent (le bruit) les fait tomber dans un ordre bien précis. Mais le plus surprenant, c'est que lorsque le qubit évoluait librement, sans bruit induit, certaines corrélations renaissaient temporairement. C'est ce qu'on appelle la décohérence quantique non-markovienne : l'environnement semble « se souvenir » du passé du qubit et lui restitue brièvement l'information quantique perdue. Dans les dispositifs quantiques, le bruit peut devenir un allié.

Les ingénieurs pourront utiliser cette hiérarchie comme une bandelette de test pour les qubits : une violation de l'ordre signale un dysfonctionnement. L'idée de tester le macro-réalisme — la possibilité qu'un objet macroscopique se comporte de manière quantique — remonte à la controverse entre John Stewart Bell et la physique classique, tandis que Richard Feynman avait anticipé les ordinateurs quantiques. Aujourd'hui, leurs rêves prennent forme.

En 2007, on a découvert la « mort subite » de l'intrication quantique ordinaire. Aujourd'hui, le même drame se joue avec les corrélations temporelles — mais avec une suite inattendue.

B_{\max} = \max\left\{0, \frac{C_{ab} + C_{a'b} + C_{ab'} - C_{a'b'} - 2}{2\sqrt{2} - 2}\right\}
Bmax = 1 en cas de violation maximale du macro-réalisme, 0 — le qubit se comporte comme un système classique sans cohérences temporelles.
f = \|R\|_{\mathrm{tr}} - 1
f > 0 signifie que la matrice pseudo-densité R ne se décompose pas en un produit d'états pour différents instants, c'est-à-dire que le passé et le présent du qubit sont intriqués.
Scientifiques
William WoottersJohn Stewart BellAlain AspectDavid DeutschRichard FeynmanJohn Clauser
Notions
ordre temporel quantique intrication temporelle corrélation quantique incertitude temporelle corrélation contrôle en temps réel non-localité opération à qubit unique rétroaction fidélité durée de vie du qubit fonction d'autocorrélation couplage Chaîne de Markov signal de commande couplage magnétique-supraconductivité aléatoire test de bell effet micrométrique en supraconductivité cellule mémoire