Introduction
Mécanique quantique |
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Postulats de la mécanique quantique Histoire de la mécanique quantique
Concepts fondamentaux | État quantique · Superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut...) · Observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire...) · Intrication · Mesure · Principe d'incertitude · de correspondance (La correspondance est un échange de courrier généralement prolongé sur une longue période. Le...) · Dualité · Décohérence | Expériences | Fentes de Young (Les fentes de Young (ou interférences de Young) désignent en physique une expérience...) · Expérience de Stern et Gerlach · Chat de Schrödinger (L'expérience du chat de Schrödinger fut imaginée en 1935 par le physicien Erwin...) · Gomme quantique (En physique quantique, une gomme quantique est un terme générique pour désigner un...) · Paradoxe EPR (Le paradoxe EPR, abréviation de paradoxe Einstein-Podolsky-Rosen, est une expérience de...) · Téléportation quantique (La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant...) · Expérience d'Aspect | Formalisme | Notation Bra-Ket (La notation bra-ket a été introduite par Paul Dirac pour faciliter l’écriture...) · Équation de Schrödinger (L'équation de Schrödinger, conçue par le physicien autrichien Erwin Schrödinger en 1925, est...) · Matrice densité (La matrice densité, ou opérateur densité est une entité mathématique...) · Représentation de Schrödinger · de Heisenberg · d'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) | Statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) | Maxwell-Boltzmann · Échange · Fermi-Dirac · Fermion (Le modèle standard classe les particules élémentaires en deux grandes...) · Bose-Einstein · Boson (Les bosons représentent une classe de particules qui possèdent des propriétés...) | Théories avancées | Théorie quantique des champs (La théorie quantique des champs (QFT, abréviation du terme anglais Quantum field theory)...) · Axiomes de Wightman · Électrodynamique quantique (L'électrodynamique quantique relativiste est une théorie physique ayant pour but de concilier...) · Chromodynamique quantique (La chromodynamique quantique (ou QCD, de l'anglais Quantum ChromoDynamics), est une théorie...) · Gravité quantique (La gravité quantique est une branche de la physique théorique tentant d'unifier la...) · Diagramme de Feynman (Un diagramme de Feynman est une représentation symbolique permettant de faire des calculs en...) | Interprétations | Problème de la mesure · Copenhague · Ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) · Variables cachées · Transactionnelle · Mondes multiples · Histoires consistantes · Logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος),...) quantique · Réduction par l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) (consciente) | Physiciens | Planck · de Broglie · Schrödinger · Heisenberg · Bohr · Pauli · Born · Dirac · von Neumann · Einstein · Bohm · Feynman · Everett · Penrose | |
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La téléportation quantique est un protocole de communications quantiques consistant à transférer l’état quantique d’un système vers un autre système similaire et séparé spatialement du premier en mettant à profit l’intrication quantique. Contrairement à ce que le nom laisse entendre, il ne s'agit donc pas de transfert de matière. Le terme de téléportation quantique est utilisé pour souligner le fait que le processus est destructif : à l'issue de la téléportation, le premier système ne sera plus dans le même état qu'initialement.
Avant d’aborder le protocole proprement dit, nous allons préciser un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de notions élémentaires d’une nouvelle science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire...) en train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) de naître : l’information quantique.
Notion de qubit
Système à deux niveaux non dégénérés.
Toute information numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) est encodée sous forme de mots binaires dont l’entité unique et indivisible est le bit (Le bit est un chiffre binaire, c'est-à-dire 0 ou 1. Il est donc aussi une unité de mesure...) (de l’anglais binary digit). Cette variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle...) binaire ne peut prendre que deux états distincts « 0 » et « 1 » correspondant par exemple à la présence ou non d’un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe...) électrique, lumineux ou autre. En physique quantique (La physique quantique est l'appellation générale d'un ensemble de théories physiques...), cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) se généralise sans difficulté à l’aide d’un système à deux niveaux : un niveau fondamental et un niveau excité séparé du premier d’une énergie non nulle , où ωo est par exemple la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de Bohr d’une certaine transition atomique que l’on sélectionne à l’aide d’un laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique)...) asservi sur cette fréquence. Naturellement, on identifiera l’état binaire « 0 » à l’état fondamental du système à 2 niveaux et l’état binaire « 1 » à l’état excité du système que l’on notera désormais par les kets et . Ces deux états constituent alors la base de l’espace de Hilbert du système, et l’état de ce dernier s’écrira de manière générale comme où les paramètres complexes vérifient la condition de normalisation . On appelle alors qubit (pour quantum (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit...) binary digit) un tel système à deux niveaux utilisé comme brique élémentaire de la logique quantique. Etant donné l'arbitraire de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) d'un état quantique (En mécanique quantique, l'état d'un système décrit tous les aspects du système physique. Il...) , on peut représenter l'état d'un qubit par un vecteur parcourant la sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une...) de Bloch avec :
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Sphère de Bloch d'un qubit : les états binaires classiques sont aux pôles de la sphère.
A la différence du bit classique, il est impossible de déterminer (de lire) l’état d’un qubit sans projeter ce dernier sur l’un des états binaires classiques. Alors on peut penser qu’il suffit de multiplier un qubit afin d’en déterminer l’état par mesures répétées sur les copies du qubit initial. Cependant, la possibilité d’une telle multiplication (La multiplication est l'une des quatre opérations de l'arithmétique élémentaire...) des copies du qubit est interdite par la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) quantique, elle fait même l’objet d’un théorème (Un théorème est une proposition qui peut être mathématiquement démontrée, c'est-à-dire une...).