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Un nouveau cadre unifie l'espace et le temps dans les systèmes quantiques
Par JooHyeon Heo, Institut national des sciences et technologies d'Ulsan
Édité par Lisa Lock, relu par Robert Egan
Notes des éditeurs
The GIST
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(a) L'extension markovienne d'une théorie de l'espace-temps quantique (QSOT), caractérisée de manière unique dans le théorème 1, permet l'échantillonnage d'observables à l'instant t par des interventions temporellement localisées, c'est-à-dire la capture d'instantanés quantiques. (b) À l'inverse, les QSOT non markoviennes ne présentent pas une décomposition aussi simple et l'échantillonnage d'une observable à chaque instant nécessite un accès global à plusieurs pas de temps. Crédit : Physical Review Letters (2025). DOI : 10.1103/lbf3-snp8
La mécanique quantique et la relativité sont les deux piliers de la physique moderne. Cependant, pendant plus d'un siècle, leur traitement de l'espace et du temps est resté fondamentalement dissocié. La relativité unifie l'espace et le temps en une structure unique appelée espace-temps, le décrivant de manière continue. À l'inverse, la théorie quantique traditionnelle utilise des langages différents : les états quantiques (matrice densité) pour les systèmes spatiaux et les canaux quantiques pour l'évolution temporelle.
Une récente avancée du professeur adjoint Seok Hyung Lie, du département de physique de l'UNIST, offre une méthode pour décrire les corrélations quantiques à la fois dans l'espace et le temps au sein d'un cadre unifié. Le professeur adjoint Lie est le premier auteur, tandis que le professeur James Fullwood, de l'université de Hainan, est l'auteur correspondant. Leur collaboration a permis de créer de nouveaux outils susceptibles d'avoir un impact significatif sur les recherches futures en sciences quantiques et au-delà. L'étude a été publiée dans Physical Review Letters.
Dans cette étude, l'équipe a développé une nouvelle approche théorique qui considère l'ensemble de la chronologie comme un seul état quantique. Ce concept introduit ce qu'ils appellent les états quantiques multipartites au cours du temps. En substance, il permet de décrire les processus quantiques à différents instants comme des parties d'un seul état quantique plus vaste. Cela signifie que les systèmes spatialement séparés et les systèmes temporellement séparés peuvent être analysés à l'aide du même langage mathématique.
Les chercheurs ont démontré que, à partir de deux hypothèses simples – à savoir que l'état initial se comporte de manière linéaire et qu'une version quantique de la probabilité conditionnelle classique, appelée conditionnabilité quantique, est vérifiée – la structure mathématique de ces états multipartites est déterminée de manière unique au cours du temps. Ce résultat fournit une base solide pour décrire les systèmes quantiques de manière cohérente dans l'espace et le temps.
De façon intéressante, l'équipe a également découvert un lien direct entre ces états quantiques multipartites au cours du temps et les distributions de quasi-probabilité de Kirkwood-Dirac, un concept déjà bien connu en physique quantique. Cette connexion ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude expérimentale des corrélations quantiques au cours du temps, notamment grâce à des techniques récentes comme la capture d'instantanés quantiques, qui permet de reconstruire ces corrélations en laboratoire avec une grande précision.
Ce nouveau cadre théorique comble le fossé entre les méthodes traditionnelles de description des états quantiques spatiaux et des processus quantiques temporels, offrant une approche plus intégrée pour comprendre le comportement des systèmes quantiques dans l'espace-temps. Elle ouvre des perspectives passionnantes pour la recherche en information quantique, en mesure, et même pour la quête d'une théorie unifiée combinant la mécanique quantique et la gravité.
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RESUME
Un nouveau cadre unifie l'espace et le temps dans les systèmes quantiques
Un cadre unifié a été développé pour décrire les corrélations quantiques spatio-temporelles à l'aide d'états quantiques multipartites. Cette approche, fondée sur la linéarité et la conditionnabilité quantique, permet d'analyser les processus quantiques spatiaux et temporels grâce à une structure mathématique unique et relie ces états aux quasi-probabilités de Kirkwood-Dirac.
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COMMENTAIRES
L article est interessant et tres ambitieux!!!
En matiere de quasi probalité je ne connaissais que la theorie ancienne de Thomas Bayes qui m a servi a controler les flux d Eurodif ....J 'ignorais celle de Kirkwood-Dirac .......Jela découvre !
La distribution de quasi-probabilité de Kirkwood-Dirac (souvent abrégée en distribution KD) est une généralisation à valeurs complexes d'une distribution de probabilité conjointe classique. Elle a été introduite indépendamment par John G. Kirkwood puis par Paul Dirac comme une tentative de décrire les états quantiques dans l'espace des phases à l'aide d'une distribution conjointe pour les observables non commutatives (comme la position et l'impulsion).
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More information: Seok Hyung Lie et al, Multipartite Quantum States over Time from Two Fundamental Assumptions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/lbf3-snp8. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2410.22630
Journal information: Physical Review Letters , arXiv
Provided by Ulsan National Institute o
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