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Exploitez la puissance de la diffusion quantique virtuelle

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Exploitez la puissance de la diffusion quantique virtuelle

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La carte de diffusion virtuelle pourrait avoir un impact majeur sur le traitement de l’information quantique. Crédit : Fractale Hassan/Unsplash

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La carte de diffusion virtuelle pourrait avoir un impact majeur sur le traitement de l’information quantique. Crédit : Fractale Hassan/Unsplash

Dans une nouvelle étude, les scientifiques proposent le concept de « diffusion quantique virtuelle », qui constitue une solution alternative à l'ancienne théorie du non-clonage et offre ainsi de nouvelles possibilités de transfert d'informations quantiques.

l'étudePublié dans Lettres d'examen physique, définit une carte de diffusion par défaut qui crée des copies interconnectées « par défaut ». À travers une série de quatre théorèmes, les chercheurs ont démontré la faisabilité de cette carte, qui permet de créer des versions cohérentes d’états quantiques au fil du temps.

En outre, les chercheurs démontrent la solidité du cadre juridique, démontrent son rapprochement physique avec le clone global et détaillent la manière dont la carte est mise en œuvre.

La diffusion quantique virtuelle promet d’avoir un impact sur de nombreux domaines du traitement de l’information quantique en tirant parti des corrélations temporelles, évitant ainsi les limitations imposées par le théorème de non-clonage.

Pourquoi ne pouvons-nous pas copier et coller ?

La mécanique quantique, bien qu’incroyablement puissante, est conçue pour empêcher la duplication ou la copie des informations. Un état quantique encapsule toutes les informations pertinentes dans un système et l'un des résultats possibles d'une mesure s'effondre ou change lorsqu'elle est mesurée ou observée.

Cela signifie que nous ne pouvons pas copier l’État car pour cela, il faut le mesurer. Ce principe est connu sous le nom de théorème de non-clonage. En termes plus simples, vous ne pouvez pas copier et coller des informations quantiques comme vous le pouvez avec des données classiques.

Cette limitation constitue un obstacle majeur aux systèmes de communication quantiques qui reposent sur la capacité de transmettre et de reproduire efficacement des informations quantiques.

L'équipe de recherche est composée du professeur Arthur Barzinat du Massachusetts Institute of Technology, du professeur James Fullwood de l'université de Hainan, du professeur Francesco Buscemi de l'université de Nagoya et du professeur Giulio Chiribella de l'université de Hong Kong, qui ont expliqué leurs motivations à Phys.org.

Ils étaient motivés par ce problème posé par la théorie du non-clonage. Leur objectif était d’étudier l’évolution des états quantiques au fil du temps et de comprendre ce que signifie l’expression « corrélation n’est pas causalité » pour les états purement quantiques.

Diffusion quantique virtuelle

« Notre solution a consisté à introduire des canaux de diffusion quantiques virtuels qui, bien qu'il ne s'agisse pas de processus physiques réels, ont de nombreuses applications importantes dans le traitement de l'information quantique », a expliqué le professeur Barzinat.

Contrairement aux méthodes de copie traditionnelles, interdites par la théorie du non-clonage, ces canaux de diffusion ou cartes virtuelles fonctionnent virtuellement, ce qui signifie qu'ils n'impliquent pas de copie physique directe.

Au lieu de cela, la carte définit les connexions entre les différents états d’un état quantique, permettant ainsi le transfert d’informations sans violer les principes de base de la mécanique quantique.

La carte de diffusion virtuelle est unique et satisfait trois axiomes simples, que les chercheurs ont établis dans le théorème 1. Les axiomes qui régissent la carte de diffusion virtuelle garantissent la cohérence sous les changements de :

  • cadre de référence.
  • Symétrie entre les parties réceptrices.
  • La capacité de copier des informations classiques sans être affecté par la décohérence.

Ce sont les exigences de base pour la carte de diffusion par défaut.

Les chercheurs prouvent également (dans le théorème 2) qu’une approximation physique d’une telle carte peut être générée à l’aide d’un réplicateur global, un dispositif capable de faire la copie la plus précise possible d’un état quantique arbitraire.

Ensuite, les chercheurs montrent comment la carte d'émission peut être obtenue par décomposition (théorème 3). Il précise que la carte peut être divisée en deux opérations :

  • Le protocole de mesure et de préparation consiste à effectuer une mesure virtuelle sur le système quantique pour créer une mesure virtuelle sur le système quantique.
  • Ensuite, deux versions de l'état quantique virtuel sont créées sur la base des résultats de la mesure virtuelle effectuée à l'étape précédente.

Enfin, ils définissent (dans le théorème 4) l'équivalence entre l'action de la fonction d'évolution temporelle et l'action de la carte d'émission virtuelle sur tout cas arbitraire. Cela signifie que la carte d’émission virtuelle se comporte comme un processus temporel, permettant la création de copies virtuelles cohérentes d’états quantiques au fil du temps.

« La caractéristique la plus intéressante de ce travail est que la carte est caractérisée de manière unique par un ensemble simple d'exigences naturelles. C'est pourquoi nous la qualifions de fondamentale. Cette propriété unique semble à son tour indiquer une partie complètement nouvelle de la théorie quantique », professeur Buscemi a expliqué : « à savoir sa structure temporelle, qui « reste largement inexplorée ».

Impact sur les applications quantiques

En créant la théorie de la diffusion quantique virtuelle, les chercheurs ont introduit une gamme de nouvelles possibilités pour l’informatique quantique, l’information quantique et la cryptographie quantique.

« Une approche que je trouve particulièrement intéressante, et sur laquelle je travaille actuellement avec le professeur Barzinat, consiste à savoir comment un état de diffusion virtuel peut coder des statistiques de mesure pour deux mesures espacées dans le temps dans un laboratoire donné », a déclaré le professeur Fullwood.

Ce phénomène indique que l'état de diffusion virtuelle, comme indiqué, capture non seulement les valeurs prévues, mais également les probabilités des résultats de mesures conjointes.

Cela conforte l’interprétation du streaming virtuel comme un processus spatio-temporel qui reflète le flux d’informations quantiques au fil du temps, « de la même manière que l’espace-temps encapsule l’évolution de l’espace au fil du temps », a ajouté le professeur Fullwood.

Les chercheurs soulignent également que le streaming virtuel révèle l’architecture cachée derrière de nombreuses technologies de l’information quantique. Le professeur Chiribella explique cela avec un exemple dans le contexte de la communication quantique : « La manière naturelle pour un indiscret de profiter d’un canal de communication quantique est d’essayer de copier des états quantiques. »

« Il s'avère que la meilleure façon approximative de reproduire l'état quantique est de réaliser une approximation physique de notre émission virtuelle. »

Cette compréhension peut améliorer les mesures de sécurité dans les communications quantiques en fournissant un aperçu des techniques d'écoute potentielles et de leurs contre-mesures.

Les chercheurs soulignent que nous entrons dans un nouveau domaine de la théorie quantique, auparavant considéré comme non conventionnel ou tabou, comme la mesure directe de la précision dans les dispositifs quantiques, comme le permet la carte d'émission virtuelle.

« Peut-être que des réponses à de nombreuses questions fondamentales peuvent être trouvées ici », a conclu le professeur Buscemi.

Plus d'information:
Arthur J. Barzinat et al., Diffusion quantique virtuelle, Lettres d'examen physique (2024). est ce que je: 10.1103/PhysRevLett.132.110203. sur arXiv: DOI : 10.48550/arxiv.2310.13049

Informations sur les magazines :
Lettres d'examen physique


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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

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La sonde spatiale Voyager 1 transmet à nouveau des données après que la NASA les a détectées à distance à 24 milliards de kilomètres – The Irish Times

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, a déclaré en décembre que la sonde, située à plus de 24 milliards de kilomètres, envoyait un code absurde à la Terre.

Dans une mise à jour publiée lundi, le JPL a annoncé que l’équipe de la mission avait pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l’état des systèmes d’ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de commencer à apporter les données scientifiques. dos. » Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à une vitesse de 60 821 km/h.

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

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Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

La réparation a été envoyée depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer si elle a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour que le signal radio atteigne Voyager 1 et 22 heures supplémentaires pour que la réponse revienne sur Terre. .

« Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Parallèlement à son annonce, le JPL a publié une photo des membres de l'équipe de vol du Voyager applaudissant et applaudissant dans une salle de conférence après avoir reçu des données utilisables, avec des ordinateurs portables, des cahiers et des cookies sur la table devant eux.

L'astronaute canadien à la retraite Chris Hadfield, qui a participé à deux missions de navette spatiale et a servi comme commandant de la Station spatiale internationale, a comparé la mission du JPL à l'entretien longue distance d'une vieille voiture.

« Imaginez qu'une puce informatique se brise dans votre voiture en 1977. « Imaginez maintenant qu'elle se trouve dans l'espace interstellaire, à 25 milliards de kilomètres de là », a écrit Hadfield.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

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Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

La NASA espère continuer à collecter des données des deux vaisseaux spatiaux Voyager pendant encore plusieurs années, mais les ingénieurs s'attendent à ce que les sondes soient trop hors de portée pour communiquer d'ici une décennie environ, en fonction de la quantité d'énergie qu'elles peuvent générer. Voyager 2 est un peu en retard sur son jumeau et se déplace un peu plus lentement.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède. -Gardien

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans | espace

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Voyager 1 renvoie des données après que la NASA a réparé à distance une sonde vieille de 46 ans |  espace

Le vaisseau spatial le plus éloigné de la Terre, Voyager 1, a recommencé à communiquer correctement avec la NASA après que les ingénieurs ont travaillé pendant des mois pour réparer à distance la sonde vieille de 46 ans.

Le Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA, qui construit et exploite le vaisseau spatial robotique de l'agence, il a dit en décembre Que la sonde – à plus de 24 milliards de kilomètres de distance – envoyait un code absurde à la Terre.

dans Mise à jour publiée lundiLe JPL a annoncé que l'équipe de la mission a pu « après quelques investigations innovantes » obtenir des données utilisables sur la santé et l'état des systèmes d'ingénierie de Voyager 1. « La prochaine étape consiste à permettre au vaisseau spatial de recommencer à renvoyer des données scientifiques », a déclaré le JPL. Elle a ajouté que malgré le défaut, Voyager 1 fonctionnait normalement depuis le début.

Lancé en 1977, Voyager 1 a été conçu dans le but principal d'effectuer des études rapprochées de Jupiter et de Saturne au cours d'une mission de cinq ans. Cependant, son voyage s'est poursuivi et le vaisseau spatial approche désormais d'un demi-siècle d'exploitation.

Voyager 1 a pénétré dans l'espace interstellaire en août 2012, ce qui en fait le premier objet fabriqué par l'homme à quitter le système solaire. Il roule actuellement à 37 800 mph (60 821 km/h).

Le dernier problème était lié à l'un des trois ordinateurs à bord du vaisseau spatial, chargé de remplir les données scientifiques et techniques avant de les envoyer sur Terre. Incapable de réparer une puce cassée, l'équipe du JPL a décidé de déplacer le code endommagé ailleurs, une tâche difficile compte tenu de la technologie obsolète.

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Les ordinateurs de Voyager 1 et de sa sœur Voyager 2 disposaient de moins de 70 kilo-octets de mémoire au total, soit l'équivalent d'une image informatique à basse résolution. Ils utilisent de vieilles bandes numériques pour enregistrer des données.

Le correctif a été envoyé depuis la Terre le 18 avril, mais il a fallu deux jours pour évaluer s'il a réussi, car il faut environ 22 heures et demie pour qu'un signal radio atteigne Voyager 1 et encore 22 heures et demie pour la réponse à retourner dans l'espace. Atterrir. « Lorsque l'équipe de vol de la mission a reçu une réponse du vaisseau spatial le 20 avril, elle a constaté que la modification fonctionnait », a déclaré le JPL.

Voyager 1 et 2 ont fait de nombreuses découvertes scientifiques, notamment des enregistrements détaillés de Saturne et la révélation que Jupiter possède également des anneaux, ainsi qu'une activité volcanique active sur l'une de ses lunes, Io. Des sondes ont ensuite découvert 23 nouvelles lunes autour des planètes extérieures.

Parce que leur trajectoire les éloigne du Soleil, les sondes du Voyager sont incapables d'utiliser des panneaux solaires et convertissent à la place la chaleur générée par la désintégration radioactive naturelle du plutonium en électricité pour alimenter les systèmes du vaisseau spatial.

Dans environ 40 000 ans, les deux sondes passeront relativement près, en termes astronomiques, de deux étoiles. Voyager 1 s'approchera à moins de 1,7 années-lumière d'une étoile de la constellation de la Petite Ourse, tandis que Voyager 2 s'approchera à une distance similaire d'une étoile appelée Ross 248 dans la constellation d'Andromède.

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La mesure la plus précise jamais réalisée nous rapproche de la véritable masse de la particule « fantôme ».

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La mesure la plus précise jamais réalisée nous rapproche de la véritable masse de la particule « fantôme ».

La masse au repos des neutrinos fantômes est l’une des quantités les plus recherchées en physique des particules et les scientifiques sont sur le point de la localiser, grâce à une nouvelle expérience menée par des chercheurs de l’Institut Max Planck de physique nucléaire en Allemagne.

Si la masse des neutrinos est connue, cela pourrait ouvrir la porte à une physique au-delà du modèle standard de la physique des particules, qui décrit toutes les forces et particules élémentaires connues de l’univers.

Dire que les neutrinos sont étranges est un euphémisme. Autrefois suggéré qu'il n'y avait pas de masse du tout, il est désormais clair que cette particule à peine existante est en réalité composée de trois types en un, avec des identités oscillant dans un étrange flou quantique alors qu'elle se précipite dans l'espace. Cette faible identité signifie la masse, qui Il se présente sous différentes formesétalé sur l'apparence changeante du neutrino.

Parce qu’ils sont si légers et étranges, les neutrinos ne respectent peut-être pas les mêmes règles que les autres particules. L’ajout précis d’un échantillon de leurs masses incroyablement petites pourrait aider à confirmer et à exclure de nouveaux modèles en physique des particules.

Cependant, les physiciens ne peuvent pas peser des groupes de neutrinos stationnaires comme des raisins sur une balance. Au lieu de, Ils peuvent juste Confirmer l'existence Ces particules subatomiques en examinant leurs interactions avec d'autres particules, ou En mesurant les produits Leur décadence. C'est peut-être juste la particule Présent pour le plus bref instant Mais à ce moment-là, il laisse sa marque, ou une trace, à partir de laquelle les physiciens peuvent déduire la masse.

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Cependant, sans charge et pratiquement sans force gravitationnelle, les neutrinos n’exercent que les forces les plus faibles sur les autres particules. En fait, des milliards de neutrinos traversent votre corps en ce moment, la plupart provenant du Soleil, mais… Ils interagissent rarement Avec nous.

Cependant, ce n’est pas parce qu’ils ont peu d’effet sur les autres particules subatomiques que les neutrinos ne constituent pas une partie essentielle de la matière. qu'ils Les molécules les plus abondantes Qui ont une masse dans l'univers, et savoir ce qui donne à ces différences entre les neutrinos des masses si petites, non nulles, peut aider les physiciens à résoudre ou à comprendre certaines des divergences du modèle standard que présentent les neutrinos dans la façon dont ils oscillent.

Les physiciens améliorent régulièrement leurs meilleures estimations des limites supérieures des masses individuelles et collectives des neutrinos en utilisant différentes méthodes. La mesure la plus précise à ce jour d'une « saveur » appelée neutrino électronique a révélé qu'elle ne pouvait pas dépasser 0,8 MeV. Traduisant cela en masse en termes de 1 kilogramme (ou 2,2 livres), cela équivaut au poids de quatre raisins secs par rapport au soleil.

L'estimation la plus récente a été déterminée en février 2022 par l'expérience Karlsruhe Tritium Neutrino (Catherine) en Allemagne, a été déduite de la pulvérisation d'électrons et de neutrinos émise comme une forme super-lourde de désintégration de l'hydrogène.

Une autre façon d'obtenir la masse d'un neutrino, aussi légère soit-elle, consiste à étudier ce qui se passe lorsque le noyau atomique de l'isotope artificiel holmium-163 absorbe un électron de sa coque interne. En conséquence, un proton se transforme en neutron, du dysprosium-163 est produit et un neutrino est libéré.

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Les physiciens peuvent alors mesurer l'énergie totale libérée lors de cette désintégration à l'aide d'un type de calorimètre et en déduire la masse du neutrino « manquant » qui a volé dans l'éther en se basant sur la masse totale de l'atome et la célèbre équation d'Einstein, E = mc2.2Où masse et énergie sont égales.

Ceci est calculé comme ce qu'on appelle valeur x: Une différence d'énergie qui peut se traduire par la masse « perdue » de la somme des particules atomiques après une réaction de désintégration. Cette différence de masse est interprétée comme un neutrino.

Cependant, les atomes d'or dans lesquels l'holmium-163 est présent peuvent affecter cette réaction de désintégration, Il explique Christoph Schweiger, physicien à l'Institut Max Planck de physique nucléaire et auteur principal de la nouvelle étude.

« Il est donc important de mesurer la valeur Q le plus précisément possible à l'aide d'une méthode alternative et de la comparer à la valeur déterminée par calorimétrie afin de détecter d'éventuelles sources d'erreur systématiques. » Il dit.

Pour ce faire, Schweiger et ses collègues ont mis en place une expérience combinant cinq soi-disant Pièges à écrireempilés les uns sur les autres à l'intérieur d'un aimant supraconducteur placé sous vide et immergé dans de l'hélium liquide à environ 4 degrés Kelvin (-269,1 degrés Celsius ou -452,5 degrés Fahrenheit).

PENTATRAP se compose de cinq pièges à écriture empilés les uns sur les autres, comme le montre la tour centrale jaune. (MPI pour la physique nucléaire)

Tous ces efforts contribuent à protéger l’équipement afin qu’il soit suffisamment sensible pour capturer les particules dans les pièges de Penning et mesurer d’infimes différences d’énergie entre les ions chargés d’holmium-163 et de dysprosium-163.

« Avec un Airbus A-380 doté d'une charge utile maximale, vous pouvez utiliser cette sensibilité pour déterminer si une seule goutte d'eau s'est posée dessus », a déclaré Schweiger. Il dit.

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En fait, les chercheurs ont mesuré les ions holmium-163 entrants et les ions dysprosium-163 résultants pour arriver à une valeur Q de 2863,2 ± 0,6 eVC.-2qui est 50 fois plus précise que la tension précédente, qui atteignait une valeur de 2833 ± 34 V C.-2.

L’utilisation d’une valeur Q plus précise et mesurée de manière indépendante en conjonction avec d’autres résultats expérimentaux « est essentielle pour évaluer les incertitudes systématiques dans la détermination de la masse des neutrinos », expliquent Schweiger et ses collègues. Écrire dans leur article publié.

Bien qu'il ne s'agisse que d'une pièce du puzzle, une résolution améliorée dans des mesures telles que Q peut être combinée à un large éventail de méthodes pour comprendre pourquoi les fantômes étranges et chatoyants du monde des particules se comportent comme des esprits frappeurs.

L'étude a été publiée dans Physique naturelle.

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