Des physiciens ont prouvé une limite de vitesse quantique depuis longtemps soupçonnée dans le processus de thermalisation

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Lorsque vous attendez que la glace d’une vitre de voiture fonde en hiver, ou qu’une boisson tiède refroidisse, la durée nécessaire à l’atteinte d’un équilibre thermique stable et homogène entre un objet et son environnement dépend de nombreux facteurs. Parmi ceux-ci figurent la surface de l’objet, les propriétés matérielles de ce dernier ainsi que la circulation de l’air.

Cependant, lorsque nous nous approchons de l’échelle sous-atomique à laquelle opèrent les qubits dans les ordinateurs quantiques, un autre ensemble de règles entre en jeu. Les conditions extérieures conservent leur importance, mais selon une nouvelle publication parue dans la revue , la mécanique quantique impose une limite de vitesse fondamentale à la rapidité à laquelle différents systèmes quantiques peuvent atteindre l’équilibre thermique.

L’importance de cette découverte ré dans le caractère universel de cette limite. Quelle que soit l’énergie appliquée, ou quelle que soit la force avec laquelle un système est orienté, le processus ne peut être forcé de se produire plus rapidement.

À la recherche d’une vitesse limite universelle

Depuis des années, les physiciens observent des signes de cette limite de Planck dans les supraconducteurs et les systèmes quantiques, ce qui les a amenés à suspecter l’existence d’une limite de vitesse universelle. Cependant, une démonstration mathématique générale établissant une telle limite faisait défaut.

À ce stade, Paolo Abiuso et ses collègues de l’Académie des sciences d’Autriche entrent en scène.

Les chercheurs ont élaboré un cadre mathématique universel qui traite la thermalisation comme un processus permettant d’amener différents systèmes quantiques à atteindre leurs états thermiques respectifs. À l’aide de la théorie de l’information quantique, ils ont calculé à quelle vitesse ce processus pouvait se produire sous les lois de la mécanique quantique.

Pour concrétiser ses résultats, l’équipe a appliqué ses équations à un modèle théorique de particules quantiques en interaction et a étudié leur comportement d’une manière mathématique rigoureuse.

Une limite de vitesse incassable

Alors, toutes ces calculs numériques et cette formalisation ont-elles conduit à quel résultat ?

L’équipe a démontré que la mécanique quantique impose une limite de vitesse lors de l’atteinte de l’équilibre thermique par différents systèmes quantiques. Ils ont découvert que cette limite est déterminée par la température et par les deux constantes fondamentales de la nature : la constante de Planck réduite et la constante de Boltzmann.

« Ainsi, cette limite provient de l’observation selon laquelle la machine de thermalisation ne pourra jamais violer la limite de Heisenberg [une limite fondamentale concernant la précision avec laquelle les propriétés quantiques peuvent être mesurées], » écrivent les auteurs de l’étude.

Cela signifie que le temps minimum nécessaire pour que les systèmes quantiques atteignent l’équilibre thermique à des températures plus élevées peut être plus court, mais qu’ils ne peuvent pas dépasser cette limite de vitesse fondamentale lorsqu’elle s’applique. Ces résultats confirment que cette limite de vitesse dépend de la température et de la mécanique quantique, quel que soit le degré de complexité de l’environnement environnant.

Cependant, à des températures excessivement basses, la limite est déterminée par la différence d’énergie entre les deux niveaux d’énergie les plus bas d’un système.

Cet article est bien plus qu’un simple exercice mathématique des plus ingénieux. Comprendre ces limites de vitesse universelles pourrait aider les chercheurs à développer de meilleurs ordinateurs quantiques, entre autres.

L’article a été écrit par Paul Arnold, édité par Lisa Lock et vérifié dans son exactitude par Robert Egan ; un travail humain minutieux a présidé à sa rédaction. Science X s’appuie sur le soutien de ses lecteurs pour poursuivre le journalisme scientifique indépendant. Si cette nouvelle a de l’importance pour vous, vous pouvez envisager de faire un don, en particulier un don mensuel. En remerciement, vous bénéficiez alors d’un compte sans publicité.

Paolo Abiuso et al., Preuve information-théorique de la borne planckienne pour la thermalisation, (2026). DOI : 10.1038/s41567-026-03397-y

Diplôme de licence en biologie de l’Université de Londres. Producteur de documentaires pour la BBC avec une expérience internationale. Travaille à distance depuis le sud de l’Espagne.

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BA en histoire de l’art, MA en culture matérielle. Ancien éditeur de , paramédic et coordinateur de d’organes. Il rédige pour Science X depuis 2021.

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Diplômé en biologie mathématique au niveau licence et en écriture créative au niveau master. Grand voyageur, il possède des perspectives uniques sur les sciences et les langues. Profil complet →

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