Un système environnant doté de propriétés quantiques qui échange de l'énergie avec un système classique.Un environnement quantique est un système physique qui possède des propriétés quantiques et interagit avec un « système » d'intérêt, échangeant typiquement de l'énergie ou de l'information. En mécanique quantique, aucun système n'est parfaitement isolé ; l'environnement—qu'il s'agisse d'un bain de photons, de phonons ou d'autres particules—agit comme un réservoir pouvant provoquer la décohérence, c'est-à-dire la perte de cohérence quantique dans le système. Cette interaction est cruciale pour comprendre pourquoi les objets macroscopiques semblent classiques, car l'environnement « mesure » continuellement le système, effondrant ses superpositions quantiques en états définis.
Le concept a été formalisé dans les années 1970 et 1980, avec des contributions clés de H. Dieter Zeh, Wojciech Zurek et d'autres, qui ont développé le programme de décohérence pour expliquer la transition du quantique au classique. Auparavant, l'idée d'un « bain thermique » en mécanique statistique en était un précurseur.
Le mécanisme est décrit par la théorie des systèmes quantiques ouverts. Le système combiné et son environnement évoluent de manière unitaire, mais lorsque les degrés de liberté de l'environnement sont éliminés par trace partielle, l'état du système devient mélangé, et les éléments hors diagonale de sa matrice densité décroissent—c'est la décohérence. L'environnement permet également l'échange d'énergie, comme la dissipation, où le système perd de l'énergie au profit de l'environnement. La force et la nature du couplage déterminent le taux de décohérence, qui est typiquement extrêmement rapide pour les grands systèmes.
Comprendre les environnements quantiques est essentiel pour l'informatique quantique, où les qubits doivent être protégés du bruit environnemental pour maintenir la cohérence. Cela sous-tend également la thermodynamique quantique et la conception de capteurs quantiques qui exploitent les interactions environnementales.
L'environnement quantique est si efficace pour détruire la cohérence qu'un seul photon diffusé par un grain de poussière dans l'espace lointain suffit à rendre sa position classique, ce qui explique pourquoi nous ne voyons jamais de superpositions quantiques d'objets du quotidien.
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