Aujourd’hui (14 avril) marque la Journée quantique mondiale du 2025, une célébration internationale tenue pour promouvoir la compréhension du public de la science quantique.
La date, 4/14, a été choisie car 4.14 représente les trois premiers chiffres de la constante de Planck (4.135667696 x 10-15 Electron Volts par Hertz, arrondi à 4,14 x 10-15) – Un nombre important en physique quantique.
Physique quantique est la branche de la science qui traite des plus petites particules de l’univers, comme les atomes, les électrons, photons (particules légères) et autres particules subatomiques comme les quarks.
Dans le monde du quotidien, à l’échelle que nous pouvons voir, les choses ont tendance à suivre les lois de la physique classique. Cependant, lorsque vous zoomez tout le long des plus petites particules, la physique classique cesse de fonctionner également et des règles de mécanique quantique Entrez en jeu.
Certains des concepts clés de la physique quantique sont que des particules comme les électrons peuvent se comporter comme des vagues, et vice versa (connue sous le nom Dualité ondulée-particule)); Deux particules peuvent être liées de telle manière que si vous en mesurez une, vous savez instantanément quelque chose sur l’autre (enchevêtrement quantique)); et une particule quantique peut être dans plusieurs états à la fois jusqu’à ce qu’elle soit observée (superposition quantique).
Qu’est-ce que la superposition quantique?
Dans la vie quotidienne, quelque chose ne peut être que dans un seul état à la fois: un interrupteur d’éclairage est allumé ou éteint, Un chat est mort ou vivant. Dans le monde quantique, les choses ne fonctionnent pas tout à fait de la même manière. La superposition quantique décrit comment une particule quantique, comme un électron, un photon ou même un atome, peut exister dans plusieurs états différents en même temps – Jusqu’à ce qu’il soit mesuré. Avant qu’il ne soit observé, ce n’est pas à mi-chemin entre les États, mais est plutôt une « superposition » des deux à la fois.
En physique quantique, l’état d’une particule est décrit par une vague L’équation, qui nous indique les probabilités où pourrait être une particule ou quelles pourraient être ses propriétés. Cette onde de probabilité peut exister dans un mélange de plusieurs états.
Qu’est-ce que le chat de Schrödinger?
Cat de Schrödinger est une expérience de pensée célèbre qui illustre le fonctionnement de la superposition. Imaginez un chat dans une boîte avec un mécanisme qui a 50/50 chances de le tuer, selon que les particules quantiques se désintègrent radioactivement, se transformant spontanément en un type d’atome différent et libérant des particules radioactives comme les électrons.
Jusqu’à ce que quelqu’un ouvre la boîte et l’observe, le chat est considéré comme dans une superposition à la fois vivante et morte. Lorsque vous mesurez ou observez le système – ou dans le cas du chat de chat de Schrödinger à l’intérieur de la boîte – la superposition s’installe dans un état défini, et le sort du chat est découvert.
La superposition quantique a été observé expérimentalement par les scientifiques à plusieurs reprises. Un exemple célèbre est le Expérience à double fenteoù les photons sont tirés sur une barrière avec deux fentes, derrière lesquelles est un écran AA qui enregistre où les particules atterrissent. Si vous envoyez des particules via une fente, vous obtenez une seule bande à l’écran, mais si vous ouvrez les deux, vous obtenez un motif d’interférence en forme d’onde avec plusieurs bandes à l’écran, ce qui prouve également que les particules et les vagues peuvent agir comme les uns aux autres. Envoyant une particule à la fois, vous vous attendez à ce que chacun passe par une fente ou l’autre. Cependant, le modèle d’interférence s’accumule toujours, comme si chaque particule unique interfère avec elle-même. Cela signifie que chaque particule unique passe en quelque sorte par les deux fentes à la fois et est donc dans une superposition des deux possibilités
Si vous essayez de mesurer la fente de la particule, la superposition s’effondre: la particule semble avoir traversé une seule fente et le motif d’interférence disparaît, ne laissant que deux bandes à l’écran.
En plus, ions et molécules plus grandes ont été piégés expérimentalement dans un état superposé, et la chlorophylle dans les feuilles des plantes a été découverte Utiliser la superposition quantique pour récolter plus efficacement la lumière du soleil.
Pourquoi la superposition est-elle si importante dans l’informatique quantique?
La superposition quantique est également utilisée comme outil dans calcul quantique Et est la principale raison pour laquelle les ordinateurs quantiques peuvent être si puissants.
Un binaire classique ne peut être que dans un seul état à la fois: 0 ou 1. Ces bits sont codés sur des transistors, généralement fabriqués à partir de silicium, de germanium ou d’autres semi-conducteurs. Avec trois bits présents, ils peuvent avoir un potentiel de 8 états différents: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 et 111. Pour traiter toutes les possibilités, un ordinateur classique doit les vérifier un à la fois.
Dans les ordinateurs quantiques, les particules telles que les électrons ou les photons agissent comme un qubit (bit quantique), qui peut être dans une superposition de 0 et 1. Trois qubits peuvent être dans une superposition des 8 états possibles à la fois, ce qui signifie que les ordinateurs quantiques peuvent traiter simultanément un nombre beaucoup plus important de calculs. Avec trois qubits présents, un ordinateur quantique pourrait traiter les huit états énumérés ci-dessus à la fois.
Cette puissance de traitement beaucoup plus élevée que les ordinateurs traditionnels pourrait signifier que les ordinateurs quantiques pourraient un jour être utilisés pour effectuer des simulations complexes dans les produits pharmaceutiques, la modélisation du climat et la fabrication. En théorie, un ordinateur quantique suffisamment puissant peut effectuer des calculs en secondes qui auraient pris le Supercomputeurs les plus puissants des millions d’années à terminer.
