Résumé
La sixième leçon s’est intéressée à l’évolution des superpositions d’états de position d’une particule matérielle ou d’états cohérents d’un mode du champ, ce qui constitue le fameux problème du chat de Schrödinger. Nous avons commencé par rappeler quelques notions sur la décohérence dans le cas du mouvement Brownien et montré la similitude entre l’équation pilote du mouvement Brownien et celle d’un champ en optique quantique. Nous avons décrit la décohérence des superpositions d’états du champ par différents types de trajectoires aux interprétations physiques complémentaires : sauts de parité du nombre de photons, localisation et diffusion de phase quantique.
Nous avons achevé le cours en le reliant à l’enseignement prévu pour l’année prochaine. Dans le cours 2003-2004, l’observation continue d’un système quantique unique couplé à un environnement a été décrit comme une expérience de pensée servant à déterminer les trajectoires stochastiques du système. Celles-ci sont en général des intermédiaires utiles pour le calcul de l’opérateur densité, qui contient toute l’information que l’on peut avoir sur le système. Il existe cependant des expériences dans lesquelles ces trajectoires peuvent être effectivement observées, par mesure explicite continue effectuée sur un système quantique unique. Le système reste alors décrit par une fonction d’onde. Sa cohérence peut être préservée, mais avec une phase quantique qui varie aléatoirement d’une réalisation de la mesure à une autre. Nous avons annoncé la description dans le cours de l’année prochaine de quelques unes de ces expériences, déjà réalisées, ou en projet.
Nous chercherons également à répondre à une question essentielle : la décohérence peut-elle être en pratique contrôlée, voire efficacement combattue afin de maintenir un système ouvert dans une superposition cohérente pour un temps très long, voire indéfini ? Cette question est importante pour améliorer la précision des mesures spectroscopiques ou métrologiques ou pour rendre possibles des opérations logiques complexes d’information quantique. Plusieurs stratégies sont proposées pour essayer de contrôler ou de limiter la décohérence. Citons deux types de méthodes particulièrement importantes :
- La mise en œuvre de codes correcteurs d’erreurs qui consistent à mesurer sur le système un symptôme de décohérence, puis d’agir en conséquence pour corriger l’effet de décohérence et rétablir l’état antérieur du système. Ces méthodes exploitent de façon systématique les propriétés de l’intrication multi-particule. Certaines sont directement inspirées par les codes correcteurs des ordinateurs classiques (codage redondant de l’information). D’autres s’apparentent plutôt à des méthodes d’asservissement (feed-back) classiques.
- Le développement de méthodes de préparation et de contrôle de l’environnement (environnement engineering) qui consistent à fabriquer des réservoirs artificiels admettant pour pointer states les états que l’on cherche à préserver de la décohérence. Nous avons brièvement introduit ces méthodes et annoncé que nous en donnerons l’année prochaine des exemples, en essayant d’analyser leurs limites.
