Le cours de cette année s’est plus spécifiquement attaché à introduire un formalisme général et puissant pour décrire l’évolution d’un système quantique couplé à un milieu extérieur responsable de sa décohérence. Les systèmes de l’information quantique sont en effet toujours ouverts, en interaction avec un environnement qui joue un rôle essentiel dans leur manipulation et leur mesure.
Cette ouverture vers l’extérieur est générale en physique quantique. Tous les systèmes physiques, à l’exception peut-être de l’Univers dans son ensemble, sont ouverts et l’on ne les considère comme isolés que dans le cadre d’approximations plus ou moins réalistes. La description des systèmes ouverts se fait à l’aide du formalisme de l’opérateur densité, qui remplace celui des vecteurs d’états (ou fonctions d’onde) de la mécanique quantique élémentaire. Nous avons décrit ce formalisme en analysant les propriétés de l’opérateur densité d’un système ouvert, établi à partir d’hypothèses générales. Nous en avons déduit des propriétés universelles des transformations de l’opérateur densité du système. Nous avons pu ainsi analyser aussi bien le comportement d’un ensemble statistique de systèmes que celui d’un système ouvert unique. Nous avons décrit différents types de mesures possibles (mesures projectives et généralisées) et différentes méthodes d’observation continue d’un système quantique unique. Certains des résultats obtenus étaient des rappels de mécanique quantique standard, mais le point de vue choisi, celui de l’information quantique, était original pour une grande partie de l’audience. Il nous a fourni un éclairage nouveau sur la décohérence des superpositions mésoscopiques et nous a livré des outils théoriques utiles à la suite de cette série de cours.