La téléportation quantique n'est pas seulement de la science-fiction ; c'est tout à fait réel et cela se produit dans les laboratoires aujourd'hui. Mais téléporter des particules et des informations quantiques est loin d’être un moyen de téléporter des personnes à travers l’espace. À certains égards, c'est encore plus étonnant.

Jean Preskill, physicien théoricien au California Institute of Technology, est l'un des principaux théoriciens de l'informatique et de l'information quantiques. Dans cet épisode, co-animateur Jana Levin l'interviewe sur l'intrication, la téléportation de fragments d'un océan à l'autre et la promesse révolutionnaire de la technologie quantique.

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Transcription

JANNA LEVIN : Quand je dis le mot téléportation, qu’est-ce qui me vient à l’esprit ? C'est peut-être le transporteur de Star Trek téléportant instantanément l'équipage sur une planète, ou sur le TARDIS voyageant dans le temps de Doctor Who. Dans la science-fiction, la téléportation est un moyen pratique pour transporter des personnes d'un endroit à un autre sans perdre de temps pendant le voyage.

Mais la téléportation quantique ? Eh bien, c'est quelque chose de radicalement différent – ​​et tout à fait réel.

Je m'appelle Janna Levin et voici « The Joy of Why », un podcast de Quanta Magazine, où je me relaye au micro avec mon co-animateur, Steve Strogatz, explorant certaines des plus grandes questions en mathématiques et en sciences aujourd'hui.

La téléportation quantique est le pouvoir de disparaître d'un endroit et d'apparaître à un autre, sans voyager entre les deux. Même si nous n’égalerons peut-être jamais les films, la technologie révolutionnera probablement les communications, l’informatique et notre compréhension du monde qui nous entoure.

Aujourd'hui, nous sommes rejoints par l'un des plus grands experts en matière de téléportation quantique. Jean Preskill est professeur de physique théorique au California Institute of Technology et fondateur et actuel président de la direction de l'Institute for Quantum Information and Matter. Ses recherches ont porté sur la physique des particules, la théorie quantique des champs et les aspects quantiques de l'univers primitif et des trous noirs. Ses travaux actuels appliquent ces recherches à des problèmes insolubles liés à l’informatique et à l’information quantiques. John, bienvenue dans « La joie du pourquoi ».

JOHN PRESKILL : Content d'être là, Janna.

LÉVINE : Content de t'avoir. Je souhaite entrer dans les détails de ce sujet incroyablement technique, mais pouvez-vous nous commencer par l'un des concepts fondamentaux, à savoir le idée d'enchevêtrement, intrication quantique ?

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, l’intrication est le mot que nous utilisons pour désigner les corrélations caractéristiques entre les parties d’un système quantique.

Tout d’abord, qu’entend-on par corrélation ? On peut parler de corrélations pour des bits ordinaires. Disons que vous avez un bit, qui vaut 0 ou 1. Et j'ai un bit, qui vaut 0 ou 1. Alors si nous avons tous les deux 0 ou si nous avons tous les deux 1, c'est une corrélation entre nos bits.

Dans le cas des qubits, ils peuvent être corrélés de la même manière. Lorsque nous observons ou mesurons le qubit - le un peu d'analogue quantique — nous acquérons un peu. Mais ce qui est différent dans le cas quantique, c’est qu’il existe plusieurs façons d’examiner un qubit.

Vous pouvez donc le considérer comme une boîte contenant un petit morceau à l’intérieur. À l’intérieur, il y a soit un 0, soit un 1. Et j’ai deux façons de regarder à l’intérieur de la boîte. Il y a deux portes. Je peux soit ouvrir la porte n°1, soit ouvrir la porte n°2. Et de chaque côté, je vois un peu.

Et nous pourrions avoir une corrélation dans les deux sens. Si nous ouvrons tous les deux la porte n°1, nous constatons une certaine corrélation entre le bit que vous acquérez et le bit que j’acquiers. Et si nous ouvrons tous les deux la porte n°2, nous constatons une corrélation, qui en général pourrait être différente.

Et c’est parce que nous avons ces multiples manières complémentaires d’examiner un qubit qu’elles ont des corrélations plus intéressantes et plus complexes que les corrélations entre bits ordinaires.

Mais le mystère est le suivant : on ne peut pas observer un qubit sans le perturber. Il s’agit d’une différence très importante entre l’information ordinaire et l’information quantique.

LÉVINE : Supposons donc que je perturbe ma particule et la force à prendre un état défini. Nous pouvons appeler cela un processus de mesure, ou peut-être que je le fais par accident. Et j’ai découvert que c’était un 0. Et c’était corrélé de telle manière avec votre particule. Est-ce que vraiment – ​​comme on dit – plus rapide que la vitesse de la lumière impose à votre particule qu'elle prenne un certain état afin de respecter la corrélation ?

PRÉCOMPÉTENCE : N, malheureusement, ce n'est pas le cas. Oh, j'aurais aimé que ce soit le cas. Si je regarde mon qubit, peu importe que vous ayez regardé le vôtre ou non. Je vais juste en voir un peu au hasard. Donc, ce n'est qu'après avoir regardé tous les deux et discuté que nous pouvons dire que nous avions une corrélation.

Mais, à moins que nous ne parlions, chacun de nous va simplement observer du pur hasard, mais avec une chance égale d'être 0 ou 1, et il n'y a aucun moyen de transmettre la moindre information.

LÉVINE : Bien sûr, si nous discutons entre nous, cette partie de la communication doit voyager plus lentement que la vitesse de la lumière.

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, vous pouvez vous rapprocher de la vitesse de la lumière, mais pas plus vite. C'est donc un gros problème, que nous ne pouvons vraiment pas, même si nous sommes enchevêtrés, vous envoyer des informations plus rapidement que le temps qu'il faut à la lumière pour voyager de moi à vous. L’enchevêtrement ne change rien à cette histoire.

LÉVINE : Incroyable. Maintenant, nous avons discuté ici de l'intrication, qui remonte à des expériences de pensée qui [Albert Einstein faisait pour essayer de lutter avec, et parfois contre, la mécanique quantique. Maintenant, pourquoi Einstein a-t-il appelé cela « ?action effrayante à distance« ? Ou parfois, la traduction est « action fantomatique à distance ».

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, Einstein était convaincu qu’il ne devrait y avoir aucun hasard dans les lois fondamentales de la physique. Il a estimé que si nous savons tout ce que nous pouvons savoir – ce que les lois de la physique nous permettent de savoir – sur un système physique, alors nous devrions être capables de prédire parfaitement ce que nous verrons lorsque nous observerons ce système.

Et l’intrication n’obéit pas à ce principe. Il y a vraiment du vrai hasard dans le monde. Même si nous savons tout sur cette paire de qubits intriqués que vous et moi partageons, vous êtes toujours impuissants à prédire ce que vous voyez lorsque vous regardez ce qubit. C'est juste un peu aléatoire. Et ce n'est pas parce que vous ne le savez pas. C'est qu'on ne peut pas le savoir.

LÉVINE : Comment cela devient-il un levier important dans la téléportation quantique ? Cela n’est pas en soi une téléportation quantique. Alors, comment est-il exploité ?

PRÉCOMPÉTENCE : C'est une question subtile. Parlons maintenant de ce qu'est la téléportation quantique.

LÉVINE : S'il vous plaît, oui.

PRÉCOMPÉTENCE : Alors tu es à New York maintenant, n'est-ce pas ?

LÉVINE : Je suis à New York, ouais.

PRÉCOMPÉTENCE : Très bien, Janna, je suis actuellement en Californie, et toi à New York, et il se trouve que j'ai ici en Californie un qubit. C'est ici, dans ma main. C'est codé dans un petit atome. Mais FedEx quantique fait parfois des erreurs, alors ils m'ont envoyé ce qubit, mais il vous était destiné. D'ACCORD? Donc, d'une manière ou d'une autre, je dois trouver comment vous transmettre mon qubit. Et si nous avions un canal que nous pourrions utiliser pour envoyer l’atome de Californie à New York, ce serait une façon de vous faire parvenir le qubit. Mais nous n'avons pas de connexion que je puisse utiliser pour envoyer des atomes.

Mais vous ne voulez pas l’atome, vous voulez l’information qui se trouve dans l’atome. Eh bien, il se trouve que vous et moi avons eu la prévoyance de créer hier une paire de qubits intriqués, en anticipant que nous pourrions peut-être les utiliser à un moment donné.

Et voici ce que je peux faire. Je peux prendre ce qubit que j'ai reçu aujourd'hui. Je ne sais pas quelles informations il contient. C'est un qubit qui m'a été livré. Et je peux l'observer avec ma moitié de la paire de qubits intriqués que vous et moi partageons.

Et maintenant, j'observe deux qubits, et je le fais dans le cadre d'une — appelons cela une mesure intriquée. Nous examinons les deux ensemble et je peux obtenir deux informations en les observant. Et puis – maintenant, via une liaison de communication ordinaire, comme celle que nous utilisons actuellement – ​​je peux vous envoyer ces deux informations. Et puis, vous pouvez utiliser ces deux informations pour effectuer une opération sur votre qubit à New York.

Et maintenant, ce qubit à New York possède les mêmes informations quantiques que ce qubit mystérieux que j'ai reçu aujourd'hui. Je ne sais pas quel est l'état de ce qubit, et en fait, je le détruis dans mon laboratoire lorsque je l'observe. Mais nous sommes capables de le « réincarner », pour ainsi dire, à New York. Et vous n’avez besoin que de ces deux informations pour reconstruire parfaitement ce qubit. C'est la téléportation quantique.

LÉVINE : Donc, dans un certain sens, vous aviez un État quantique en Californie que vous vouliez que je puisse reproduire à New York sans l'envoyer via FedEx, en traversant le pays. Vous vouliez que je puisse le faire sans bouger physiquement quoi que ce soit entre les deux. Vous avez donc trouvé cette façon intelligente de reconstruire l'état dans mon propre laboratoire avec seulement ces instructions simples.

Et en ce sens, il s'est téléporté. Cela a disparu de votre côté parce que vous avez détruit l'État et le processus de recherche des informations que vous deviez me transmettre. Mais il est réapparu dans mon laboratoire une fois que vous avez transmis l'information. Ai-je raté quelque chose de crucial dans cette paraphrase ?

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, je pense qu'il y a quelques points à développer dans ce que vous avez dit. Tout d’abord, je ne suis pas tout à fait d’accord avec votre affirmation selon laquelle je ne vous ai rien envoyé de physique. En fait, je l'ai fait. Je vous ai envoyé deux informations.

LÉVINE : Oh, vous m'avez envoyé des informations sur Internet.

PRÉCOMPÉTENCE : Je ne peux pas faire ça sans envoyer quelque chose de physique.

LÉVINE : Convenu.

PRÉCOMPÉTENCE : Peut-être s'agissait-il de photons qui traversaient une fibre optique de la Californie à New York. Et cette communication entre nous était en fait nécessaire pour que cela fonctionne.

Mais ce n'est pas suffisant. C'est drôle avec les qubits. Si je veux préparer un état d’un qubit, j’ai besoin de beaucoup d’informations. Vous pouvez en quelque sorte visualiser géométriquement un qubit comme une petite flèche pointant dans un espace tridimensionnel. Vous savez, comme la surface de la Terre. Et si je veux vous dire comment j'ai préparé le qubit, je choisis un point sur ce globe, je dois donc vous donner la latitude et la longitude avec une très haute précision pour vous dire précisément comment ce qubit a été préparé.

Donc, dans un sens, beaucoup d'informations entrent, mais très peu en ressortent, parce que lorsque vous les observez, vous n'en obtenez qu'une petite partie. Donc, ce simple élément ne vous dira pas comment placer le qubit, pour ainsi dire, sur le globe à une latitude et une longitude définies. C'est pour ça que la téléportation est remarquable, parce que je ne vous ai envoyé que ces deux morceaux, et cela vous a suffi pour la reconstituer parfaitement.

Ce sont les deux morceaux ensemble et l'enchevêtrement que nous avons partagés et que nous avons eu la prévoyance de préparer hier.

LÉVINE : C'est vrai, c'est donc une grande différence. C'est incroyable, maintenant. Vous m'envoyez des informations physiquement, soit par Internet, soit par des signaux lumineux, soit par la manière dont vous me les envoyez. Mais d’une manière ou d’une autre, j’obtiens plus d’informations grâce à la configuration enchevêtrée sur laquelle nous nous sommes mis d’accord.

Ce n'est donc pas comme si vous aviez votre bureau IKEA, et j'avais besoin d'informations sur la façon de construire le mien et vous avez brisé le vôtre en morceaux pour comprendre comment il était assemblé. Il faudrait quand même me donner chaque petite information. Il y a donc quelque chose de fondamentalement différent entre le processus quantique et le processus classique. Quel est l'avantage de cela ? Pourquoi est-ce si excitant ? Quel est le problème ?

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, tout d'abord, Janna, vous et moi sommes des physiciens théoriciens, donc, vous savez, il n'en faut pas beaucoup pour nous enthousiasmer.

LÉVINE : [rire] Absolument.

PRÉCOMPÉTENCE : Mais à quoi ça sert ? C'est une bonne question. Supposons donc que nous souhaitions distribuer l'intrication dans le monde entier. Ça a l'air plutôt cool, non ? Nous avons pris pour acquis que vous et moi pouvions partager l'enchevêtrement entre la Californie et New York, et nous n'avons pas parlé de la manière dont nous avions réussi à y parvenir.

En fait, nous ne savons pas comment procéder pour le moment avec la technologie qui existe actuellement. Il n'y a aucune raison pour que nous ne puissions pas le faire en principe, mais pour des raisons pratiques, avec la technologie dont nous disposons actuellement, nous ne pouvons pas envoyer un qubit de Californie à New York et le faire arriver intact.

La meilleure façon dont nous disposons pour envoyer des qubits est d'envoyer des photons via la fibre optique, et la fibre optique présente des pertes. Ainsi, si vous essayez d’envoyer un qubit sur une centaine de kilomètres, il n’a qu’une chance sur 50 environ d’y parvenir sans disparaître. Et si j'essayais de lui faire parcourir mille kilomètres, ce qui n'est toujours pas suffisant pour arriver à New York, il y a presque aucune probabilité qu'il y parvienne.

Alors, comment pouvons-nous partager l’enchevêtrement ? Eh bien, nous pensons que nous allons le faire en utilisant la téléportation. Cela semble un peu circulaire, non ? Parce que nous avons besoin d'un enchevêtrement pour effectuer une téléportation. Mais voici l'idée : je peux envoyer un qubit, disons, à 10 kilomètres, vous savez, ou à 50 kilomètres, avec une probabilité de succès assez élevée.

LÉVINE : C'est quand même plutôt bien.

PRÉCOMPÉTENCE : Ouais, ce n'est pas trop mal. Mais maintenant, supposons que je veuille aller de la Californie à New York, alors ce que je fais c'est d'introduire beaucoup de petits nœuds le long du chemin, où nous allons en quelque sorte connecter la communication quantique. Imaginons donc que nous essayons d'aller de A à C et que nous partageons l'intrication entre A et B et entre B et C. Et puis nous avons un moyen de mesurer en B les deux moitiés de ces intrications. paires. Nous appelons cela l’échange d’intrication.

Vous effectuez une mesure des deux qubits en B, puis vous dites à A et C : « Oh, voici le résultat de la mesure que j'ai eu. » Désormais, A et C peuvent partager l’intrication. D'ACCORD? En fait, nous étendons la portée de l'enchevêtrement. C'est une variante de la téléportation.

Et je ne vous ai pas encore raconté toute l'histoire, parce que si l'intrication de A vers B n'est pas si bonne et que l'intrication de B vers C n'est pas si bonne, nous pouvons prendre beaucoup de paires d'intrications qui sont plutôt bruyantes et imparfaits, et il existe un moyen de les réduire à moins de paires intriquées, qui sont de bien meilleure qualité. Et en faisant cela à plusieurs reprises, nous pouvons établir une connexion entre la Californie et New York, et ensuite nous pouvons l'utiliser comme bon nous semble. Nous pourrions l’utiliser pour développer cette clé partagée dont nous savons qu’elle est privée, ou nous pourrions l’utiliser pour envoyer des informations quantiques.

Voici une manière plus banale et sur une distance plus courte d'utiliser la téléportation. Si nous avons deux puces dans un ordinateur quantique et que nous voulons envoyer des informations quantiques de l'une à l'autre, nous pouvons le faire en établissant un intrication entre les deux puces, puis en utilisant la téléportation pour envoyer des informations de l'une à l'autre. . Et cela sera probablement essentiel pour étendre l’informatique quantique à de grands systèmes capables de résoudre des problèmes très difficiles.

LÉVINE : Nous revenons tout de suite.

[Pause pour l'insertion de l'annonce]

LÉVINE : Bienvenue à nouveau dans « La joie du pourquoi ».

Vous parlez donc vraiment de technologies. Je sais que vous avez récemment inauguré un nouveau centre à Caltech. Je crois qu'on va l'appeler le Centre de mesure de précision quantique.

PRÉCOMPÉTENCE : C'est exact, ouais. Vous avez fait vos recherches.

LÉVINE : Ouais. Et est-ce en partie orienté vers l’avancement des technologies ? Comme vous l'avez dit, vous êtes un physicien théoricien. C’est ce qu’ont dit certains, « l’utilité surprenante des idées inutiles ». Mais êtes-vous prêt à faire progresser les technologies avec un centre comme celui-ci, ou cherchez-vous vraiment à révolutionner notre compréhension fondamentale de la mécanique quantique, ou les deux ?

PRÉCOMPÉTENCE : Nous ne pouvons pas vraiment séparer ces choses. La science et la technologie avancent ensemble. À mesure que notre science devient plus sophistiquée, nous développons de meilleures technologies, ce qui permet de nouvelles découvertes. Lorsque la science progresse, c’est grâce à une combinaison de nouvelles idées et de nouvelles technologies.

Ainsi, je m'intéresse aux ordinateurs quantiques, par exemple, et il y a des raisons de penser qu'à terme, cela aura un impact pratique important sur la société. Mais c'est aussi un merveilleux instrument de découverte scientifique. Ainsi, au Centre de mesure de précision quantique, oui, nous développerons des technologies, mais en gardant un œil sur de meilleures stratégies de mesure qui exploitent des propriétés telles que l'intrication quantique, ce qui nous permettra de mesurer les choses avec une plus grande précision et un caractère moins invasif.

Tout le monde veut mieux mesurer les choses, et les stratégies quantiques peuvent nous aider à effectuer des mesures qui ne seraient pas possibles autrement. C'est vraiment le thème intellectuel de ce centre.

LÉVINE : Oui, et tout le monde veut contrôler les informations mieux et plus rapidement.

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, tout le monde comprend que l’information est importante, à quoi servira l’information quantique et où se situera le plus grand impact pratique – il y a encore beaucoup de questions ouvertes à ce sujet.

Mais nous pouvons anticiper qu'avec l'information quantique, avec l'informatique quantique, en utilisant l'intrication quantique pour les mesures, nous serons capables de faire des choses que nous ne pouvions pas faire auparavant. Et cela finira par avoir un impact pratique.

LÉVINE : Pensez-vous que cet impact pratique s’étendra à notre vie quotidienne ?

PRÉCOMPÉTENCE : Finalement, je m'y attends. Nous ne savons pas avec certitude comment cet impact se fera sentir. Dans le cas de l'informatique quantique, la meilleure idée que nous ayons actuellement — et c'est une vieille idée, qui remonte à plus de 40 ans Richard Feynman - c'est que nous pouvons utiliser les ordinateurs quantiques pour comprendre plus en profondeur le comportement des systèmes quantiques.

Les physiciens comme nous comprennent que c'est intéressant, mais c'est également important car cela peut permettre la découverte de nouveaux types de matériaux dotés de propriétés utiles, de nouveaux types de composés chimiques, y compris peut-être des produits pharmaceutiques, etc. Et tout cela finit par affecter la vie quotidienne des gens. Et avec la mesure quantique également, je pense que la technologie quantique va vraiment toucher à tout dans la science à terme.

Disons qu'en biologie et en médecine, nous aimerions pouvoir observer ce qui se passe à l'intérieur des cellules, de manière non invasive et avec une plus grande sensibilité. Et cela sera important pour les thérapies à terme, et ce sera également important pour comprendre plus profondément la science biologique.

LÉVINE : La téléportation quantique a également sa place dans la compréhension de la nature fondamentale de la gravité, qui, je le sais, a été un domaine central de vos recherches. Comment l’intrication pourrait-elle jouer un rôle dans des choses aussi grandes et aussi lourdes que les trous noirs ?

PRÉCOMPÉTENCE : Pour moi, c'est l'une des choses les plus passionnantes de l'information quantique, c'est qu'elle nous donne de nouvelles façons de réfléchir à d'autres questions fondamentales, notamment en physique de la matière condensée, où nous essayons de comprendre les états hautement intriqués de la matière quantique, et en physique gravitationnelle.

Cette histoire remonte à 1935, lorsque deux journaux célèbres parurent dans le Examen physique. L'un d'eux, par Einstein et [Nathan] Rosen, portait sur l'observation selon laquelle on peut trouver des solutions en relativité générale aux équations d'Einstein, qui décrit l'espace-temps, dans lequel il y a un trou de ver dans l'espace. Cela n’était pas très bien compris à l’époque, mais en réalité, la solution décrit deux trous noirs, qui ont un intérieur commun – une sorte de trou de ver reliant l’intérieur de ces deux trous noirs.

Et l'article d'Einstein, [Boris] Podolski et Rosen était à propos de l'intrication quantique et la manière particulière dont cela permet aux systèmes d'être corrélés les uns aux autres d'une manière que nous ne pouvons pas décrire en termes d'information classique.

Et ce que nous avons appris au cours des 10 dernières années : ces deux phénomènes, l’intrication quantique et les trous de ver dans l’espace, sont étroitement liés l’un à l’autre. En fait, ils peuvent être considérés comme deux manières de décrire la même chose. C’est une chose courante en physique et très stimulante. Si nous avons deux manières différentes de décrire le même phénomène, qui semblent très différentes l’une de l’autre, mais décrivent exactement la même physique, cela peut nous permettre d’acquérir une compréhension plus profonde.

Et donc, ce que nous comprenons maintenant, et que nous pouvons dire assez explicitement dans la version de la gravité quantique que nous comprenons le mieux, c'est que si deux trous noirs deviennent très fortement intriqués l'un avec l'autre, ils seront reliés par un trou de ver dans l'espace.

Alice pourrait avoir son trou noir et Bob pourrait avoir le sien, et s'ils sont enchevêtrés l'un dans l'autre, cela signifie qu'Alice et Bob pourraient tous deux sauter dans leurs trous noirs. Et puis ils pourraient se rencontrer, et peut-être avoir une relation pendant un certain temps, même s'ils seraient condamnés, comme Roméo et Juliette, à atteindre la singularité et à être détruits. Mais nous pouvons rendre le jeu encore plus amusant, et c'est là qu'intervient la téléportation.

Nous pouvons rendre un trou de ver dans l’espace traversable, dans de bonnes conditions. Le trou de ver original décrit à l'origine par Einstein et Rosen est un exemple de trou de ver non traversable. Cela signifie que vous ne pouvez pas sauter d’un côté et ressortir de l’autre côté. Mais ce que nous avons appris, c’est qu’il est réellement possible, en théorie quantique, d’envoyer une impulsion d’énergie négative dans un trou noir. Lorsque vous envoyez normalement de la matière dans un trou noir, son horizon des événements se déplace un peu vers l'extérieur, cette impulsion d'énergie négative peut la faire se déplacer un peu vers l'intérieur. Et c'est exactement ce dont nous avons besoin pour qu'Alice puisse jeter un peu ou un qubit dans son trou noir et qu'il ressorte du côté de Bob.

Il existe une autre façon de décrire cela, à savoir qu'il s'agit en réalité d'une forme de téléportation quantique.

Je pense donc que c'est vraiment amusant, car cela suggère que l'intuition gravitationnelle peut nous aider à comprendre le comportement de systèmes quantiques très complexes qui, autrement, sembleraient très peu intuitifs.

LÉVINE : C'est une tour absolument géniale et fascinante de plonger aussi profondément dans le quantum, d'essayer de comprendre les phénomènes à grande échelle, comme l'existence même des trous noirs ou leur survie.

Et je vais ajouter une question sur l'évaporation des trous noirs, et comment la téléportation quantique pourrait être pertinente pour comprendre comment, si Alice saute dans son trou noir, ses informations ne seront peut-être pas perdues, et cette téléportation quantique pourrait être une façon pour nous de récupérer ce qui est arrivé à Alice après qu'elle ait sauté dans le trou noir.

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, je savais que lorsque je me retrouverais avec Janna Levin, nous finirions par parler de trous noirs.

LÉVINE : [rire] Je peux transformer n'importe quelle conversation en une conversation sur les trous noirs.

PRÉCOMPÉTENCE : Pas de surprise là.

En fait, je pense que ce que je viens de décrire nous donne un aperçu du processus par lequel l’information s’échappe des trous noirs, ce que nous pensons être le cas. Les lois de la physique ne permettent pas de détruire l’information, même lorsqu’elle tombe dans des trous noirs et que les trous noirs s’évaporent. C'est juste est brouillé sous une forme extrêmement difficile à lire. Il y a une sorte de violation de la localité. C’est le principe le plus fondamental, ou l’un des plus fondamentaux de la physique. Nous l'avons mentionné plus tôt : l'information ne peut pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière.

Mais, d’une certaine manière, pour sortir d’un trou noir, l’information voyage par définition plus vite que la lumière. La lumière est emprisonnée à l’intérieur, les informations en sortent. Et ce que cela indique, c’est que la notion de causalité – la façon dont nous y pensons habituellement, selon laquelle il existe une limite de vitesse à la vitesse à laquelle l’information peut voyager – n’est pas rigoureusement vraie dans toutes les circonstances. Ce principe peut être violé.

Et l’espace-temps lui-même n’est peut-être pas vraiment une notion fondamentale. C'est plutôt un propriété émergente d'un système quantique complexe dans lequel les choses sont fortement enchevêtrées.

Alors comment se fait-il que nous pensions, dans des circonstances normales, que cette notion de causalité semble si rigoureusement satisfaite ? Eh bien, je pense que nous avons une réponse à cette question, et il est assez intéressant que cela soit lié à l'informatique quantique.

Nous pensons que c'est possible de violer la causalité, pour envoyer des informations plus rapidement que la lumière. Mais pour y parvenir, il faut un calcul quantique du type de celui que l’on pourrait faire sur un ordinateur quantique, qui est si complexe et si puissant que nous ne pourrons jamais le faire en pratique.

Donc, nous devrions pouvoir détruire l'espace entre moi en Californie et toi, Janna, à New York. En principe, nous le pouvons. En pratique, c'est tellement difficile à réaliser que cela nécessiterait un calcul si puissant que personne n'y parviendra jamais.

LÉVINE : Remarquable. John, vous avez passé une grande partie de votre vie à essayer de comprendre certains des concepts les plus insaisissables et les plus difficiles de la théorie quantique. Qu’est-ce qui vous apporte de la joie dans l’étude de la physique théorique et de la téléportation quantique ?

PRÉCOMPÉTENCE : Eh bien, je suis assez facile à divertir, donc beaucoup de choses m'apportent de la joie. Mais les questions et les réponses peuvent apporter de la joie. Des idées dont vous n'avez jamais entendu parler auparavant et dont vous réalisez qu'elles sont profondes et fascinantes peuvent apporter de la joie. Ainsi, lorsque j'ai compris pour la première fois que nous pouvions théoriquement – ​​et éventuellement en pratique – construire des ordinateurs quantiques si puissants qu'ils seraient capables de résoudre des problèmes que nous ne serions jamais capables de résoudre dans un monde classique, cela C'était en quelque sorte l'un des moments les plus heureux de rencontrer une idée aussi profonde et intéressante. Et y réfléchir m’a finalement amené à changer l’orientation de mes propres recherches.

LÉVINE : C'est tellement beau. Nous avons discuté avec John Preskill, physicien théoricien de Caltech, de la nature incroyable et des applications potentielles de la téléportation quantique. John, merci beaucoup d'être avec nous aujourd'hui.

PRÉCOMPÉTENCE : J'ai passé un bon moment, Janna. Merci.

LÉVINE : Moi aussi. C'est toujours amusant de parler. « À bientôt.

[Pièces à thème]

LÉVINE : « La joie du pourquoi » est un podcast de Quanta Magazine, une publication éditorialement indépendante soutenue par le Fondation Simons. Les décisions de financement de la Fondation Simons n'ont aucune influence sur le choix des sujets, des invités ou autres décisions éditoriales dans ce podcast ou dans Quanta Magazine.

« The Joy of Why » est produit par PRX Productions. L'équipe de production est composée de Caitlin Faulds, Livia Brock, Genevieve Sponsler et Merritt Jacob. Le producteur exécutif de PRX Productions est Jocelyn Gonzales. Morgan Church et Edwin Ochoa ont fourni une aide supplémentaire. Depuis Quanta Magazine, John Rennie et Thomas Lin ont fourni des conseils éditoriaux, avec le soutien de Matt Carlstrom, Samuel Velasco, Nona Griffin, Arleen Santana et Madison Goldberg.

Notre thème musical provient d'APM Music. Julian Lin a trouvé le nom du podcast. La pochette de l'épisode est de Peter Greenwood et notre logo est de Jaki King et Kristina Armitage. Un merci spécial à la Columbia Journalism School et à Bert Odom-Reed des Cornell Broadcast Studios.

Je suis votre hôte, Janna Levin. Si vous avez des questions ou des commentaires à nous faire, veuillez nous envoyer un courriel à [email protected]. Merci pour l'écoute.