Perturbations aléatoires qui affectent les systèmes décrits par la mécanique quantique.Le bruit quantique désigne les fluctuations aléatoires qui affectent inévitablement les systèmes quantiques, provenant à la fois de la nature discrète des particules quantiques et de l'interaction du système avec son environnement. Ce bruit n'est pas seulement une nuisance — c'est une caractéristique fondamentale de la mécanique quantique, qui fixe des limites à la précision des mesures et provoque la décohérence. Cependant, dans certains contextes, le bruit quantique peut être exploité : il peut améliorer la sensibilité de certains capteurs ou même induire des effets bénéfiques comme la résonance stochastique.
Le bruit quantique est étudié depuis les débuts de la mécanique quantique, avec des contributions clés du principe d'incertitude de Werner Heisenberg. Le concept de bruit quantique dans les amplificateurs a été développé dans les années 1960, et son rôle dans l'information quantique est devenu important dans les années 1990.
Le bruit quantique se manifeste de plusieurs manières. Le bruit de grenaille provient de l'arrivée discrète des photons ou des électrons, provoquant des fluctuations aléatoires dans les mesures. Le bruit de projection quantique apparaît lors de la mesure d'un état de superposition, qui se réduit de manière aléatoire. Le bruit environnemental, tel que les fluctuations thermiques ou les interférences électromagnétiques, perturbe également les systèmes quantiques. En métrologie quantique, le bruit fixe la limite quantique standard, mais des techniques comme la lumière comprimée permettent de réduire le bruit sur une variable au détriment d'une autre, dépassant ainsi cette limite.
Le bruit quantique est un facteur critique dans le calcul quantique, où il limite la fidélité des qubits. Dans la détection quantique, la compréhension du bruit permet aux chercheurs de concevoir des protocoles robustes face à celui-ci, et dans la distribution de clés quantiques, les niveaux de bruit sont surveillés pour détecter les écoutes indiscrètes.
Dans certains systèmes quantiques, l'ajout d'une petite quantité de bruit peut en réalité améliorer le rapport signal sur bruit — un phénomène appelé résonance stochastique, qui a été observé dans les capteurs quantiques et même dans les systèmes biologiques.
| S_I | variable | power spectral density of current noise — densité spectrale de puissance ampere squared per hertz |
| e | variable | elementary charge — charge élémentaire coulomb |
| I | variable | average electric current — courant électrique ampere |
| P_signal | variable | Power of the signal component — puissance watt |
| P_noise | variable | Power of the noise component — puissance watt |
| f | variable | frequency of the quantum field oscillation — fréquence hertz |
| m | variable | mass of the particle associated with the field — masse kilogram |
| c | constante | universal constant relating space and time in relativity — vitesse de la lumière = 299792458 metre per second |
| h | constante | fundamental constant relating energy to frequency in quantum mechanics — constante de Planck = 6.62607015e-34 joule second |
| t | variable | Measurement time — temps second |
| N | variable | Number of particles or events — nombre de particules |
| \propto | opérateur | Indicates proportional relationship — proportionnalité |
