How fast is quantum entanglement? Scientists investigate it at the attosecond scale
A quelle vitesse se produit l'intrication quantique ? Les scientifiques l'étudient à l'échelle de l'attoseconde
par l'Université de technologie de Vienne
Modèle à trois états pour la cohérence interélectronique et l'intrication dans l'hélium dans le domaine temporel. La conduite résonante entre les états 1𝑠 et 2𝑝0 de He+ influence le retard temporel du paquet d'ondes sortant avec une énergie ≈𝐸. Les canaux finaux importants comprennent l'ionisation simple directe (DSI) conduisant à He+(1𝑠) et à un électron libre, et l'excitation-ionisation (EI) menant à He+ (2𝑝0). Crédit : Physical Review Letters (2024). DOI : 10.1103/PhysRevLett.133.163201
La théorie quantique décrit des événements qui se produisent sur des échelles de temps extrêmement courtes. Par le passé, de tels événements étaient considérés comme « momentanés » ou « instantanés » : un électron tourne autour du noyau d’un atome et, l’instant d’après, il est soudainement arraché par un éclair de lumière. Deux particules entrent en collision et, l’instant d’après, elles sont soudainement « intriquées quantiquement ».
Aujourd’hui, il est toutefois possible d’étudier l’évolution temporelle de ces effets presque « instantanés ». En collaboration avec des équipes de recherche chinoises, la TU Wien (Vienne) a développé des simulations informatiques permettant de simuler des processus ultrarapides. Cela permet de découvrir comment se produit l’intrication quantique sur une échelle de temps de l’ordre de l’attoseconde.
Les résultats viennent d’être publiés dans la revue Physical Review Letters.
Deux particules – un objet quantique
Si deux particules sont intriquées quantiquement, il n’est pas logique de les décrire séparément. Même si l’on connaît parfaitement l’état de ce système à deux particules, on ne peut pas se prononcer clairement sur l’état d’une seule particule.
« On pourrait dire que les particules n’ont pas de propriétés individuelles, mais seulement des propriétés communes. D’un point de vue mathématique, elles sont étroitement liées, même si elles se trouvent à deux endroits complètement différents », explique le professeur Joachim Burgdörfer de l’Institut de physique théorique de la TU Wien.
Lors des expériences avec des particules quantiques intriquées, les scientifiques cherchent généralement à maintenir cette intrication quantique le plus longtemps possible, par exemple s’ils veulent utiliser l’intrication quantique pour la cryptographie quantique ou les ordinateurs quantiques.
« Nous, en revanche, nous nous intéressons à autre chose : découvrir comment cette intrication se développe en premier lieu et quels effets physiques jouent un rôle sur des échelles de temps extrêmement courtes », explique la professeure Iva Březinová, l’une des auteures de la publication actuelle.
Un électron s’envole, l’autre reste avec l’atome
Les chercheurs ont étudié des atomes qui ont été frappés par une impulsion laser extrêmement intense et à haute fréquence. Un électron est arraché de l’atome et s’envole. Si le rayonnement est suffisamment fort, il est possible qu'un deuxième électron de l'atome soit également affecté : il peut passer dans un état d'énergie supérieure et ensuite tourner autour du noyau atomique sur une trajectoire différente.
Après l'impulsion laser, un électron s'envole et l'autre reste avec l'atome avec une énergie inconnue. « Nous pouvons montrer que ces deux électrons sont désormais intriqués quantiquement », explique Burgdörfer. « On ne peut les analyser que ensemble, et on peut effectuer une mesure sur l'un des électrons et en même temps apprendre quelque chose sur l'autre électron. »
L'électron lui-même ne sait pas quand il est « né »
L'équipe de recherche a maintenant pu démontrer, à l'aide d'un protocole de mesure adapté combinant deux faisceaux laser différents, qu'il est possible d'obtenir une situation dans laquelle le « moment de naissance » de l'électron qui s'envole, c'est-à-dire le moment où il quitte l'atome, est lié à l'état de l'électron qui reste derrière. Ces deux propriétés sont intriquées quantiquement.
« Cela signifie que le moment de naissance de l'électron qui s'envole n'est en principe pas connu. On pourrait dire que l'électron lui-même ne sait pas quand il a quitté l'atome », explique Burgdörfer. « Il se trouve dans une superposition quantique de différents états. Il a quitté l'atome à la fois à un moment antérieur et à un moment ultérieur. »
Il est impossible de déterminer à quel moment il s'est « réellement » trouvé. La réponse « réelle » à cette question n'existe tout simplement pas en physique quantique. Mais la réponse est liée quantiquement à l'état, lui aussi indéterminé, de l'électron qui reste avec l'atome. Si l'électron restant se trouve dans un état d'énergie plus élevé, il est plus probable que l'électron qui s'est envolé ait été arraché à un moment précoce ; si l'électron restant se trouve dans un état d'énergie plus faible, il est plus probable que le « moment de naissance » de l'électron libre qui s'est envolé soit plus tardif, en moyenne autour de 232 attosecondes.
C'est une période de temps incroyablement courte : une attoseconde est un milliardième de milliardième de seconde. « Cependant, ces différences peuvent non seulement être calculées, mais aussi mesurées dans des expériences », explique Burgdörfer. « Nous sommes déjà en pourparlers avec des équipes de recherche qui veulent prouver de telles intrications ultrarapides. »
La structure temporelle des événements « instantanés »
Le travail montre qu'il ne suffit pas de considérer les effets quantiques comme « instantanés ». Des corrélations importantes ne deviennent visibles que lorsque l'on parvient à résoudre les échelles de temps ultracourtes de ces effets.
« L’électron ne jaillit pas de l’atome. C’est une onde qui sort de l’atome, pour ainsi dire, et cela prend un certain temps », explique Březinová. « C’est précisément pendant cette phase que se produit l’intrication, dont l’effet peut ensuite être mesuré précisément en observant les deux électrons. »
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COMMENTAIRES
Certains journalidtes épris de paradoxes ont depuis quelques années cherché dans le phénomène ''intrication '' a faire surgir un mystère ou une énigme ....Ils nous pose la question presque de façon philosophique :l'
'intrication quantique transcende-t-elle le temps ?
Cette forte corrélation , l'intrication ,semble transcender l'espace et le temps, de sorte que nous pouvons déterminer l'état d'une particule simplement en mesurant sa paire intriquée,IMMEDIATEMENT , quelle que soit la distance qui les sépare. Par exemple, si vous connaissez le spin d'une particule, vous pouvez toujours déterminer celui de l'autre. ....etc etc
L 'article ci dessus cherche par des moyens nouveaux à démystifier et expliquer les étapes du phénomène et c 'est tant mieux !
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RESUME :
À quelle vitesse se produit l'intrication quantique ? Les scientifiques étudient l'échelle de l'attoseconde
La théorie quantique décrit des événements qui se produisent sur des échelles de temps extrêmement courtes. ...mais pas nuls !!!
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More information: Jiang, Wei-Chao et al, Time Delays as Attosecond Probe of Interelectronic Coherence and Entanglement. Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.163201
Journal information: Physical Review Letters
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