Des chercheurs de l'Université de Technologie de Vienne ont réalisé des avancées significatives dans la compréhension de l'entropie quantique, remettant en question des croyances bien ancrées dans le domaine. Leur étude, publiée dans PRX Quantum le 3 février 2025, révèle que l'entropie dans un système quantique fermé augmente avec le temps jusqu'à atteindre un pic, l'alignant ainsi sur les principes de la thermodynamique classique.
Traditionnellement, on pensait que la physique quantique opérait en dehors des lois de la thermodynamique, en particulier la deuxième loi, qui stipule que l'entropie dans un système isolé tend à augmenter. Cette idée fausse découle des travaux du mathématicien John von Neumann, qui a suggéré que si l'on connaît l'information complète sur un système quantique, son entropie reste constante.
Cependant, les chercheurs de Vienne soutiennent que cette perspective est erronée. Ils soulignent que la connaissance complète d'un système quantique est fondamentalement inaccessibile en raison des incertitudes inhérentes à la mesure. Ils proposent plutôt d'utiliser l'entropie de Shannon, un concept développé par Claude Shannon en 1948, pour évaluer l'incertitude des résultats observables spécifiques.
Florian Meier, auteur principal de l'étude, a expliqué que lorsque seul un résultat de mesure est possible avec certitude, l'entropie de Shannon est égale à zéro, indiquant qu'aucune nouvelle information n'est acquise. En revanche, un système avec plusieurs résultats possibles entraîne une forte entropie de Shannon, reflétant une plus grande incertitude et le potentiel de nouvelles perspectives.
Les chercheurs illustrent qu'à mesure que le temps passe, l'entropie d'un système quantique augmente, reflétant le comportement observé dans la thermodynamique classique jusqu'à ce qu'elle se stabilise à l'équilibre. Cette découverte implique que la deuxième loi de la thermodynamique s'applique aux systèmes quantiques isolés, à condition que les bonnes questions soient posées et que des définitions appropriées de l'entropie soient utilisées.
Cette recherche approfondit non seulement notre compréhension de la mécanique quantique, mais elle a également des applications potentielles dans l'informatique quantique et la théorie de l'information, où la gestion et la manipulation de l'entropie sont cruciales pour le développement d'algorithmes et de systèmes efficaces.