Téléportation quantique - Définition

Introduction

Mécanique quantique

Postulats de la mécanique quantique Histoire de la mécanique quantique Concepts fondamentaux État quantique · Superposition · Observable · Intrication · Mesure · Principe d'incertitude · de correspondance · Dualité · Décohérence Expériences Fentes de Young · Expérience de Stern et Gerlach · Chat de Schrödinger · Gomme quantique · Paradoxe EPR · Téléportation quantique · Expérience d'Aspect Formalisme Notation Bra-Ket · Équation de Schrödinger · Matrice densité · Représentation de Schrödinger · de Heisenberg · d'interaction Statistiques Maxwell-Boltzmann · Échange · Fermi-Dirac · Fermion · Bose-Einstein · Boson Théories avancées Théorie quantique des champs · Axiomes de Wightman · Électrodynamique quantique · Chromodynamique quantique · Gravité quantique · Diagramme de Feynman Interprétations Problème de la mesure · Copenhague · Ensemble · Variables cachées · Transactionnelle · Mondes multiples · Histoires consistantes · Logique quantique · Réduction par l'observation (consciente) Physiciens Planck · de Broglie · Schrödinger · Heisenberg · Bohr · Pauli · Born · Dirac · von Neumann · Einstein · Bohm · Feynman · Everett · Penrose

Cette boîte : voir • disc. • mod.

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 de notions élémentaires d’une nouvelle science en train de naître : l’information quantique.

Notion de qubit

Système à deux niveaux non dégénérés.

Toute information numérique est encodée sous forme de mots binaires dont l’entité unique et indivisible est le bit (de l’anglais binary digit). Cette variable binaire ne peut prendre que deux états distincts « 0 » et « 1 » correspondant par exemple à la présence ou non d’un signal électrique, lumineux ou autre. En physique quantique, cette situation 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 ω_o est par exemple la fréquence de Bohr d’une certaine transition atomique que l’on sélectionne à l’aide d’un laser 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 binary digit) un tel système à deux niveaux utilisé comme brique élémentaire de la logique quantique. Etant donné l'arbitraire de phase d'un état quantique , on peut représenter l'état d'un qubit par un vecteur parcourant la sphère de Bloch avec :

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 des copies du qubit est interdite par la physique quantique, elle fait même l’objet d’un théorème.