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Superposition d'états et décohérence

Certains systèmes quantiques comme les atomes, les photons ou les spins, peuvent adopter deux états simultanément. On les appelle « chats de Schrödinger ».

Pour mesurer cette superposition d’état, on peut, par exemple, mesurer l’effet d’une onde lumineuse sur l’objet quantique. A une fréquence particulière, l’onde fait transiter progressivement le matériau d’un état à l’autre, ce qui se signale par la mesure d’oscillations de Rabi. Cette superposition est une propriété purement quantique mais fragile. Dès que l’objet quantique superposé dans deux états interagit avec son environnement, qu’il s’agisse d’atomes, de lumière ou de chaleur, la superposition cesse au bout d’un temps très court appelé temps de décohérence. Plus l’interaction est importante, plus ce temps est court. Les oscillations de Rabi disparaissent alors.

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En laboratoire

La superposition quantique s’observe en laboratoire dans de nombreux systèmes : atomes, photons, spins… Son apparition et sa fragilité font l’objet d’études qui permettent de mieux comprendre les fondements même de la physique quantique. Elle peut aussi être utilisée comme outil de détection, la décohérence servant de moyen de détection d’un autre objet quantique, par exemple un spin. La superposition constitue enfin la brique élémentaire, le « qubit », qui permet d’effectuer des calculs quantiques, au cœur des recherches sur l’information et les ordinateurs quantiques.