Observation de l’environnement : gomme et asservissement quantiques

La deuxième leçon, portant sur les deuxième et troisième chapitres, a commencé par la présentation d’un classement simple des différents types de décohérence et des moyens de la corriger ou de la contrôler. Nous avons décritd’abord une décohérence « classique », produite par un bruit déterministe agissant sur le système. Ce type de décohérence est en principe parfaitement corrigeable, par une mesure du bruit suivie d’une compensation de ces effets. Dans certains cas, le bruit déterministe peut être supprimé en inversant simplement le sens du temps, induisant le système à défaire l’évolution qui a conduit à la perte de cohérence. Il s’agit là d’une généralisation de la méthode dite d’écho de spin, très employée en résonance magnétique nucléaire. Nous avons rappelé le principe de cette méthode et en avons donné une interprétation physique simple. Le deuxième type de décohérence implique une intrication du système étudié avec son environnement. Il ne peut alors être décrit comme un bruit classique et sa description requiert le formalisme complet de la physique quantique. La correction des effets de cette décohérence quantique est alors beaucoup plus délicate que celle du bruit classique. Nous avons simplement énuméré les différentes pistes possibles, qui sont décrites par les titres des chapitres 3 à 9 du cours. Nous avons enfin conclu la deuxième leçon par la discussion de deux méthodes de contrôle de la décohérence basées sur l’observation directe de l’environnement du système (chapitre 3). La première est celle de la « Gomme quantique » (quantum eraser) : le but est de rétablir par une mesure « lue » les cohérences quantiques entre états du système A effacées par le couplage avec l’environnement E. On mesure sur E une observable ne donnant pas d’information sur le « chemin » suivi par A et on corrèle les mesures sur A et sur E. On peut rétablir alors des cohérences qui ont disparu sur les mesures inconditionnelles de A seul. La problématique de ce type d’expérience (mesures quantiques corrélées sur deux systèmes intriqués) est celle du problème EPR, étudié en détail dans le cours de l’année 2001-2002. La seconde méthode correspond à ce qu’on appelle le « Feed back quantique » : on observe continûment les sauts quantiques du système qui s’amortit par émission de quanta dans l’environnement. Quoiqu’irréversible dans l’espace de Hilbert H_A de A, chaque saut peut être localement inversé dans un sous-espace de H_A par une transformation unitaire. On rétablit alors la cohérence restreinte au sous-espace H_A, par des opérations unitaires conditionnées aux résultats de mesures effectuées sur l’environnement.