Une équipe de physiciens des universités du Vermont et de Waterloo a découvert qu’une sphère d’atomes d’hélium froid suit une loi physique bizarre – appelée loi de l’aire d’intrication – également observée dans les trous noirs. La découverte est rapportée le 13 mars dans l’édition en ligne du journal Nature Physics.
Intrication à travers une frontière sphérique : un conteneur d’hélium-4 superfluide est bipartitionné en une sphère d’atomes d’hélium A (vert) et son complément A (bleu).– (bleu). L’intrication entre A et A– est dominée par une loi d’aire, s’échelonnant avec l’aire de la surface de délimitation. Crédit image : C.M. Herdman et al, doi : 10.1038/nphys4075.
Dans les années 1970, les célèbres physiciens théoriciens Stephen Hawking et Jacob Bekenstein ont découvert quelque chose d’étrange à propos des trous noirs.
Ils ont calculé que lorsque la matière tombe dans l’un de ces trous sans fond dans l’espace, la quantité d’informations qu’elle engloutit – ce que les physiciens appellent son entropie – n’augmente qu’au rythme de l’augmentation de sa surface, et non de son volume.
“Nous avons constaté que le même type de loi est respecté pour l’information quantique dans l’hélium superfluide”, a déclaré Adrian Del Maestro, professeur adjoint au département de physique de l’université du Vermont et auteur correspondant de l’étude.
Pour faire leur découverte, le Dr Del Maestro et ses co-auteurs ont d’abord créé une simulation exacte de la physique de l’hélium-4 extrêmement froid (isotope de l’élément hélium) après sa transformation d’un gaz en une forme de matière appelée superfluide.
“En dessous d’environ deux degrés Kelvin, les atomes d’hélium-4 – qui présentent la double nature onde/particule que Max Planck et d’autres ont découverte – sont regroupés de telle sorte que les atomes individuels ne peuvent être décrits indépendamment les uns des autres”, expliquent les chercheurs.
“Au lieu de cela, ils forment une danse coopérative que les scientifiques appellent enchevêtrement quantique.”
En utilisant deux superordinateurs, ils ont exploré les interactions de 64 atomes d’hélium dans un superfluide.
Ils ont découvert que la quantité d’informations quantiques enchevêtrées partagées entre deux régions d’un récipient – une sphère d’hélium 4 superfluide séparée du récipient plus grand – était déterminée par la surface de la sphère et non par son volume.
Comme un holographe, il semble qu’un volume d’espace en 3D soit entièrement codé sur sa surface en 2D. Tout comme un trou noir.
Cette idée avait été devinée à partir d’un principe de physique appelé ‘localité’ mais n’avait jamais été observée auparavant dans une expérience.
En utilisant une simulation numérique complète de tous les attributs de l’hélium 4, l’équipe a pu – pour la toute première fois – démontrer l’existence de la loi de l’aire d’intrication dans un véritable liquide quantique.
“L’hélium 4 superfluide pourrait devenir une ressource importante – le carburant – pour une nouvelle génération d’ordinateurs quantiques”, a déclaré le Dr Del Maestro.
“Mais pour utiliser son énorme potentiel de traitement de l’information, nous devons comprendre plus profondément comment il fonctionne.”
