Des scientifiques de Skoltech et de l'Université du Kentucky ont mené une étude dans laquelle ils ont établi un nouveau lien entre l'information quantique et la théorie quantique des champs. Ce travail est une nouvelle confirmation du rôle croissant de l'information quantique dans divers domaines de la physique.
Les résultats de l'étude sont présentés dans un article publié dans la revue Physical Review Letters. L'information quantique joue un rôle de plus en plus important en tant que principe organisateur qui unit divers domaines de la physique. Ainsi, l'un des composants du concept actuel de gravité quantique est la théorie de la correction d'erreur quantique, qui décrit les méthodes de protection et de restauration des informations dans les ordinateurs quantiques et autres systèmes complexes en interaction.
« En général, les informations stockées dans les systèmes physiques sont localisées. Par exemple, un fichier informatique occupe une certaine petite zone du disque dur. Toute interaction inattendue ou indésirable qui entraîne l'écriture d'informations sur une zone plus large du disque est ce que nous appelons une « erreur ». Dans le nôtre, ce seront des fragments d'un fichier informatique qui seront dispersés dans différentes parties du disque dur.
Afin de rassembler ces fragments et de restaurer les informations d'origine, des protocoles mathématiques spéciaux sont utilisés - les codes dits de correction d'erreurs, qui sont largement utilisés dans les systèmes de stockage et de transmission de données. Dans les cas où la nature quantique d'un système physique est importante, les codes de correction d'erreur quantique remplissent une fonction similaire de récupération d'informations », explique Anatoly Dymarsky, professeur agrégé à l'Institut des sciences et technologies de Skolkovo.
Les scientifiques ont récemment découvert que la gravité quantique, qui décrit la dynamique de l'espace et du temps quantiques, utilise des protocoles mathématiques similaires pour échanger des informations entre différentes parties de l'espace. « La localisation de l'information en gravité quantique reste l'un des rares problèmes fondamentaux non résolus de la physique théorique.
C'est pourquoi le fait de faire émerger des structures mathématiques bien étudiées, comme les codes de correction d'erreurs quantiques, est d'un grand intérêt », note Anatoly Dymarskiy. Jusqu'à présent, les scientifiques n'ont pu obtenir qu'une représentation schématique du rôle des codes, mais ils n'ont pas encore réussi à comprendre en détail quel mécanisme sous-tend la localisation de l'information.
Dans leur nouvel article, Anatoly Dymarskiy et son collègue, un employé du Département de physique et d'astronomie de l'Université du Kentucky, Alfred Shapir, ont pour la première fois établi le lien entre les codes de correction d'erreur quantique et les théories de champ conformes bidimensionnelles.
Ces derniers décrivent les interactions entre les particules quantiques et sont déjà utilisés comme un outil généralement accepté pour la description théorique d'une gamme de phénomènes - des particules élémentaires fondamentales aux quasiparticules trouvées dans des matériaux tels que le graphène. Certaines de ces théories de champ conformes décrivent également la gravité quantique en termes de correspondance holographique.
« Maintenant, nous avons un nouveau « terrain d'essai », un nouveau domaine pour étudier le rôle des codes de correction d'erreur quantique dans le cadre de la théorie quantique des champs et, par conséquent, de la gravité quantique. Nous espérons qu'il s'agit du premier pas vers la compréhension du mécanisme sous-jacent à la localisation de l'information et de ce qui se cache derrière toutes ces belles mathématiques », conclut Dymarsky.