L'information est physique même dans les systèmes quantiques

La suppression de l’information dans des qubits produit de la chaleur comme c’est prédit par le principe de Landauer.


L'information est physique même au niveau quantique selon le principe de Landauer

L’information peut sembler éthérée, car nous oublions facilement des numéros de téléphone ou des anniversaires. Mais les scientifiques disent qu’elle est physique et si cette nouvelle étude est confirmée, alors c’est également valable pour les systèmes quantiques. Vous avez écrit des pages de texte et vous pouvez l’effacer avec un simple bouton. Mais la destruction de l’information provoque un impact physique tangible selon un principe qui a été proposé par le physicien Rolf Landauer en 1961. La suppression de l’information est associée avec une augmentation de l’entropie. Cela provoque la production de chaleur pour chaque bit d’information supprimée. Et même un ordinateur très performant produirait toujours de la chaleur quand il efface irrémédiablement les données.

Ce principe a été vérifié de manière expérimentale sur les systèmes qui respectent les lois de la physique classique. Mais le résultat était incertain pour les systèmes de mécanique . Dans ces systèmes, on a des particules qui peuvent avoir plusieurs états en même temps et elles peuvent être intriquées. Désormais, une équipe rapporte que le principe de Landauer est respecté même dans le paysage sauvage de la physique . Ce qu’ils ont fait est de tester ce principe avec une méthode détaillée et quantitative selon John Bechhoefer, physicien à l’université de Simon Fraser au Canada. Ils montrent que le principe tient toujours dans la mécanique quantique ce qui est une étape importante. Le test de ce principe permet de comprendre les limites fondamentales des ordinateurs quantiques.

Pour vérifier le principe de Landauer, les chercheurs ont utilisé un système de 3 qubits. Un est la version quantique du bit qui se trouve dans votre ordinateur. Ces qubits étaient composés de trifluoroiodoethylène qui est une molécule qui possède 3 atomes de fluor. Le noyau de ces 3 atomes de fluor possède une propriété quantique appelée Spin. Ce spin peut être dans le sens ou non des aiguilles d’une montre et il fonctionne de la même manière que le 1 et le 0 dans un bit standard.

Le premier qubit, que les chercheurs appellent le système, contient l’information qui doit être effacée. Selon le principe de Landauer, quand l’information est effacée, alors de la chaleur sera générée et de l’énergie va s’écouler dans le second qubit qu’on connait comme le réservoir. De la même manière que les informaticiens effectuent des opérations dans un ordinateur classique (addition ou soustraction par exemple), les chercheurs peuvent appliquer des opérations aux qubits de fluor en utilisant des impulsions d’ondes radio pour modifier les spins du noyau.

La mesure des systèmes quantiques est délicate selon Lucas Céleri, physicien à la Federal University of Goiás au Brésil et responsable de l’équipe de recherche. Dans un monde quantique, vous interagissez avec le système à chaque fois que vous faites une mesure et donc, vous le changez. Et donc, les chercheurs ont bidouillé quelque chose. Le 3e qubit est associé au réservoir et on peut l’utiliser pour mesurer la chaleur générée sans perturber les 2 qubits qui intéressent vraiment les chercheurs.

Quand les chercheurs ont effacé l’information, ils ont trouvé que la chaleur générée est exactement celle qui est prédite par le principe de Landauer. Ils ont effectué plusieurs mesures, car les fluctuations quantiques peuvent perturber un seul test et cela a été confirmé à chaque fois. Mais certains chercheurs estiment qu’on doit renforcer l’expérience. Dans un test traditionnel de Landauer, le réservoir ne doit pas contenir un seul qubit, mais un bain chauffant composé de nombreuses particules. Cela permettra de confirmer si le principe de Landauer est valable de manière identique au niveau quantique et normal.

Source : Proceedings of the Royal Society A (Lien vers le papier complet via Sci-Hub)

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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