La propriété d'un système quantique dont les parties maintiennent une relation de phase fixe, permettant des effets d'interférence.La cohérence quantique désigne la propriété d'un système quantique dont les parties constitutives (telles que les particules ou les niveaux d'énergie) maintiennent une relation de phase fixe et bien définie entre elles. Cela permet au système de présenter des effets d'interférence, où les probabilités des différents résultats s'additionnent de manière constructive ou destructive, un peu comme des ondes. La cohérence est le fondement des phénomènes quantiques tels que la superposition et l'intrication, et elle est essentielle au fonctionnement des ordinateurs quantiques, où les qubits doivent rester cohérents pour effectuer des calculs. La perte de cohérence, appelée décohérence, survient en raison des interactions avec l'environnement et constitue un défi majeur dans les technologies quantiques.
Le concept de cohérence en mécanique quantique a été développé au début du XXe siècle, notamment grâce aux travaux d'Erwin Schrödinger et de Paul Dirac sur la mécanique ondulatoire et la superposition. Le terme « cohérence » a ensuite été appliqué à l'optique quantique et à la physique de la matière condensée, avec des contributions significatives de Roy Glauber dans les années 1960 sur les états cohérents de la lumière.
Dans un système quantique cohérent, les fonctions d'onde de ses parties sont décrites par un état quantique unique et unifié. Cela signifie que les phases relatives entre les différentes composantes sont bien définies. Lorsque le système évolue, ces phases restent verrouillées, permettant d'observer des effets d'interférence. Par exemple, dans une expérience de double fente, une particule cohérente interfère avec elle-même, produisant une figure d'interférence. La cohérence est maintenue tant que le système est isolé de son environnement ; toute interaction avec le monde extérieur introduit des décalages de phase aléatoires, conduisant à la décohérence et à la perte du comportement quantique.
La cohérence quantique est exploitée dans le calcul quantique (qubits), la cryptographie quantique (communications sécurisées) et la détection quantique (mesures de haute précision). Elle sous-tend également des technologies comme l'IRM et les lasers, qui reposent sur des états cohérents de spins et de photons.
Dans un phénomène appelé « battement quantique », la superposition cohérente de deux niveaux d'énergie très proches dans un atome provoque une oscillation de l'intensité de la lumière émise à une fréquence égale à la différence d'énergie, ce qui peut être utilisé pour mesurer de très faibles écarts d'énergie avec une grande précision.
