Abstract: Dans le cadre de la CIIIU (Cohérence Instantanée Informationelle Infinie Universelle / UIIIC: Universal Instantaneous Informational Infinite Coherence), cette contribution propose une rupture paradigmatique fondamentale avec le formalisme probabiliste et les artéfacts mathématiques de la mécanique quantique traditionnelle. L'analyse repose sur cinq piliers axiomatiques cybernétiques : L'introduction de l'opérateur (i-) en tant que quantum informationnel fondamental et agissant du champ. L'opération de « désimagination » : la substitution explicite et matérielle du nombre imaginaire i de l'équation d'onde de Schrödinger par une grandeur pondérale effective. La quantification du bit : l'entité (i-) matérialise le coût thermique d'un bit d'information en activité, étalonné à $3 \times 10^{-40}\text{ kg}$ via la limite de Landauer à la température du fond diffus cosmologique (2,73 K). L'invariant pondéral du binôme : le photon $p$ étant dépourvu de masse propre, le quantum informationnel $(i-)p$ hérite directement et strictement d'une masse égale à $3 \times 10^{-40}\text{ kg}$. La balance cosmique unifiée : le produit de $(i-)p$ par le décompte global des photons structurant l'Univers observable ($10^{89}$) restitue exactement la masse macroscopique du cosmos (environ $3 \times 10^{49}\text{ kg}$). Par cette approche, l'Univers n'est plus envisagé comme un contenant passif régi par des probabilités abstraites, mais comme une structure informationnelle intrinsèque qui, par le seul fait d'exécuter ses calculs, s'auto-pèse à chaque instant.
Abstract: Dans le cadre de la CIIIU (Cohérence Instantanée Informationelle Infinie Universelle / UIIIC: Universal Instantaneous Informational Infinite Coherence), cette contribution propose une rupture paradigmatique fondamentale avec le formalisme probabiliste et les artéfacts mathématiques de la mécanique quantique traditionnelle. L'analyse repose sur cinq piliers axiomatiques cybernétiques : L'introduction de l'opérateur (i-) en tant que quantum informationnel fondamental et agissant du champ. L'opération de « désimagination » : la substitution explicite et matérielle du nombre imaginaire i de l'équation d'onde de Schrödinger par une grandeur pondérale effective. La quantification du bit : l'entité (i-) matérialise le coût thermique d'un bit d'information en activité, étalonné à 3×10−40 kg via la limite de Landauer à la température du fond diffus cosmologique (2,73 K). L'invariant pondéral du binôme : le photon p étant dépourvu de masse propre, le quantum informationnel (i−)p hérite directement et strictement d'une masse égale à 3×10−40 kg. La balance cosmique unifiée : le produit de (i−)p par le décompte global des photons structurant l'Univers observable (1089) restitue exactement la masse macroscopique du cosmos (environ 3×1049 kg). Par cette approche, l'Univers n'est plus envisagé comme un contenant passif régi par des probabilités abstraites, mais comme une structure informationnelle intrinsèque qui, par le seul fait d'exécuter ses calculs, s'auto-pèse à chaque instant.
L'auteur reprend l'étude, tant de fois entreprise, des principes fondamentaux de l'Energétique. pour l'appliquer au phénomène que constitue le mouvement d'un point matériel L'analyse de ces principes conduit, pour les transformations réversibles, à des énoncés précis, dont l'application fournit, d'une part les équations de Lagrange, et de l'autre, la fonction qui joue un rôle analogue à celui de l'entropie thermodynamique, Pour le phenomène du mouvement, cette « entropie mecanique » n'est autre que l'action S; le principe d'Hamil on est alors simplement l'expression du principe de Carnot généralisé, appliqué à un cycle infiniment petit. Ce résultat a deux conséquences importantes : 1° Il rend plus facilement acceptable la mystérieuse hypothèse de ['atomicité de l'action, clef de voûte de la théorie des quanta. En effet. l'identification de l'action à une « entropie » range celle-ci dans la catégorie des facteur, de capacité d'une certaine forme d'énergie Or, l'observation nous montre que chaque fois qu'un élément physique a une structure discontinue, il est, énergétiquement un facteur de capacité. L'atomicité de l'action rentre ainsi dans un principe général, le principe de l'atomicité des entropies; elle n'est pas plus imprévue, ni plus mystérieuse que l'atomicité de la matière ou de électricité. 2° Ce résultat permet de traiter les problèmes d'intensité, c'est à-dire en fait, le problème de la répartition statistique d'un grand nombre d'éléments. A cette fin, on relie la probabilité de présence ψ d'un point en une région déterminée à l'entropie mécanique S par une relation qui généralise l'hypothèse de Boltzmann S = k log ψ. Des résultats simples montrent que la constante universelle k est égale à h/2πi, en accord avec la mécanique ondulatoire. Si on fait cette substitution dans l'équation de Jacobi que vérifie S, on retombe sur l'équation de Schrödinger, à condition d'admettre une relation supplémentaire (par exemple Δ S = 0 pour un cas simple). On peut ainsi obtenir l'équation de Schrödinger par un procédé direct et qui n'est pas exclusivement formel. Ce procédé montre que cette équation n'est pas universelle, mais simplement l'équation d'un mouvement particulier. Les développements précédents ont le grave défaut de ne faire usage que des notions classiques ; on n'envisage pas, dans cet article. leur relation avec les nouvelles mécaniques, ni avec le principe d'indétermination de Heisenberg. Incidemment, on introduit dans le cours des raisonnements une notion mathématique nouvelle : la probabilité imaginaire. Un paragraphe est consacré à l'analyse sommaire de cette notion et montre qu'on aurait pu la retrouver mathématiquement, sans hypothèse physique, par simple généralisation.
La mécanique quantique constitue l’un des formalismes prédictifs les plus précis de la physique moderne, mais elle laisse ouvertes plusieurs questions ontologiques fondamentales : qu’est-ce qu’une fonction d’onde ? Pourquoi les probabilités sont-elles données par la règle de Born ? Que signifie physiquement une mesure ? Pourquoi l’espace de Hilbert est-il le cadre naturel des états quantiques ? Pourquoi l’unité imaginaire i intervient-elle au coeur de l’équation de Schrödinger ? Dans le cadre TÉSU, ces questions reçoivent une interprétation mécanique commune. La fonction d’onde n’est pas un simple outil abstrait : elle décrit l’amplitude complexe d’une déformation cohérente du substrat superfluide. Son module mesure l’intensité de la compression ou de l’excitation modale ; sa phase mesure la torsion interne de la déformation. L’unité imaginaire i encode alors la structure rotationnelle de cette torsion. L’équation de Schrödinger apparaît comme la limite non relativiste de l’équation d’onde linéarisée autour d’un soliton stable. La linéarité quantique n’est pas interprétée comme la linéarité du substrat brut, mais comme la linéarité du secteur tangent canonique des excitations cohérentes autour du soliton. La règle de Born découle de la norme quadratique naturelle dans l’espace canonisé des modes propres ; elle mesure une intensité modale. Le résultat unique d’une mesure relève, lui, du verrouillage non linéaire entre le sillage et un soliton-détecteur. La distinction entre Schrödinger et Dirac est interprétée comme le passage d’une projection scalaire lente du sillage à une projection relativiste spinorielle intégrant la torsion interne. L’espace de Hilbert total résulte du produit tensoriel des espaces de Hilbert associés aux différentes fibres internes du soliton : doublet, famille, couleur, électrofaible. Le qubit apparaît comme la fibre doublet minimale M12 ≃ C2, dont les matrices de Pauli forment la base canonique des observables hermitiennes. L’intrication est interprétée comme la persistance d’une fibre commune entre deux solitons produits dans une même fermeture du substrat ; elle ne correspond pas à un signal supraluminique, mais à une continuité topologique projetée dans la carte spatiotemporelle. La violation de Bell est ainsi lue comme le rejet de la séparabilité factorielle des états projetés, tout en conservant la localité de signal dans la métrique émergente. La cohérence du programme ne repose pas sur le choix de nombres isolés. Elle repose sur une algèbre commune : les mêmes structures modulaires et spectrales qui organisent les masses, les mélanges et les fibres internes organisent aussi le qubit, la norme de Born et les corrélations projetées. Les mathématiques fondamentales sont alors interprétées comme des invariants de projection du substrat : la métrique gμν est l’invariant relationnel de la projection spatiotemporelle, tandis que les structures complexes, modulaires, spectrales et arithmétiques expriment des invariants internes que cette projection ne résout pas directement. La section ajoutée sur l’équation maîtresse de Lindblad précise en outre que la décohérence quantitative et la loi de Haroche Γdecoh = 2|α|2κ apparaissent comme la limite tangentielle étendue de cette même canonisation lorsque le soliton-système est couplé à son environnement substratique. La mécanique quantique cesse ainsi d’être interprétée comme un formalisme irréductiblement mystérieux. Elle devient, dans TÉSU, la dynamique effective des phases, amplitudes et torsions cohérentes d’un substrat superfluide dont les observateurs eux-mêmes sont des excitations.
Cette thèse se consacre à l'étude de certaines passerelles existantes entre les probabilités dîtes classiques et la théorie des systèmes quantiques ouverts. Le but de la première partie de ce manuscrit est d'étudier l'émergence de bruits classiques dans l'équation de Langevin quantique. Cette équation sert à modéliser l'action d'un bain quantique sur un petit système dans l'approximation markovienne. L'analogue en temps discret de cette équation est décrit par le schéma des interactions quantiques répétées étudier par Stéphane Attal et Yan Pautrat. Dans des travaux antérieurs, Attal et ses collaborateurs montrent que les bruits classiques naturels apparaissant dans ce cadre sont les variables aléatoires obtuses, dont ils étudient la structure. Mais sont-ils les seuls bruits classiques pouvant émerger, et quand est-il dans le cas général ? De même, en temps continu, il était plus ou moins admis que les seuls bruits classiques apparaissant dans l'équation de Langevin quantique sont les processus de Poisson et le mouvement brownien. Ma contribution dans ce manuscrit consiste à définir une algèbre de von Neumann pertinente sur l'environnement, dite algèbre du bruit, qui encode la structure du bruit. Elle est commutative si et seulement si le bruit est classique ; dans ce cas on confirme les hypothèses précédentes sur sa nature. Dans le cas général, elle permet de montrer une décomposition de l'environnement entre une partie classique maximale et une partie purement quantique. Dans la deuxième partie, nous nous consacrons à l'étude de processus stochastiques classiques apparaissant au sein du système. La dynamique du système est quantique, mais il existe une observable dont l'évolution est classique. Cela se fait naturellement lorsque le semi-groupe de Markov quantique laisse invariante une sous-algèbre de von Neumann commutative et maximale. Nous développons une méthode pour générer de tels semi-groupes, en nous appuyons sur une définition de Stéphane Attal de certaines dilatations d'opérateurs de Markov classiques. Nous montrons ainsi que les processus de Lévy sur Rn admettent des extensions quantiques. Nous étudions ensuite une classe de processus classiques liés aux marches quantiques ouvertes. De tels processus apparaissent lorsque cette fois l'algèbre invariante est le produit tensoriel de deux algèbres, l'une non-commutative et l'autre commutative. Par conséquent, bien que comportant l'aspect trajectoriel propre au processus classiques, de telles marches aléatoires sont hautement quantiques. Nous présentons dans ce cadre une approche variationnelle du problème de Dirichlet. Finalement, la dernière partie est dédiée à l'étude d'un processus physique appelé décohérence induite par l'environnement. Cette notion est fondamentale, puisqu'elle apporte une explication dynamique à l'absence, dans notre vie de tous les jours, de phénomènes quantiques. Nous montrons qu'une telle décohérence a toujours lieu pour des systèmes ouverts décrits par des algèbres de von Neumann finies. Nous initions ensuite une étude innovante sur la vitesse de décohérence, basée sur des inégalités fonctionnelles non-commutatives, qui permet de mettre en avant le rôle de l'intrication quantique dans la décohérence
La physique classique, par son caractère fondamentalement déterministe, ne permet pas la production d’aléa vrai. La physique quantique, quant à elle, fait des prévisions probabilistes, sur des processus qui paraissent fondamentalement aléatoires. De plus, les réponses apportées aux paradoxes de types EPR, comme la réponse formulée par les inégalités de Bell [16] et leurs expérimentations par Alain Aspect, montrent que la physique quantique ne peut être complétée en une théorie entièrement prédictive. Une question émane alors: Quelles sont les expériences quantiques fondamentalement aléatoires ? Cristian S.Calude et Al [4] montrent que presque toutes les mesures quantiques produisent de l’aléa (Théorème Strong Kochen Specker). Dans le cadre de cette thèse, notre but est ainsi de proposer de nouveaux schémas de génération quantique d’aléa (voir [10,13]) basés sur ce caractère aléatoire intrinsèque aux expériences quantiques. Ces protocoles explorent l’utilisation de produits d’observables incompatibles implémentées l’une à la suite de l’autre comme le font les auteurs de [36]. Pour un apport en sécurité à ces protocoles, nous dérivons, à partir d’inégalités de Bell déjà existantes notamment CHSH [28] et CHSH-3 (initialement CGLMP pour qutrits [29]), de nouvelles inégalités. Cette fois-ci, l’on considère des configurations constituées d’un unique Qutrit où la contrainte de commutativité des observables n’est pas imposée. La borne classique est cette fois-ci obtenue sous l’hypothèse du Réalisme macroscopique [51], comme celles des inégalités temporelles [36]. Ces bornes classiques sont égales à celles obtenues dans le cadre du réalisme locale. Cependant, les bornes quantiques, obtenues par SDP, peuvent être plus grandes que celles des expressions originelles permettant ainsi une meilleure résistance au bruit et donc à de potentielles attaques. Ces violations par rapport au cadre classique ne sont plus dues à la non localité mais plutôt au caractère indéfini des résultats de presque toutes les mesures quantiques. Avec les observables et états optimum de ces inégalités, nous donnons des arguments d'auto-test pour nos protocoles. Cette thèse a aussi été l’occasion de revisiter certains aspects de la cryptographie quantique comme la distribution quantique de clé.
La première partie de ce mémoire traite de l'intrication quantique (entropie de Von Neumann) dans certains systèmes bidimensionnels. Il s'agit de fonctions d'onde de type Rokhsar-Kivelson (RK), construites à partir des poids de Boltzmann d'un modèle classique (modèle de dimères, de vertex ou de spins d'Ising par exemple). Nous montrons comment le spectre des matrices densité réduites de ces états s'obtient à partir des probabilités du modèle classique sous-jacent. Cette observation permet de calculer numériquement l'entropie d'intrication dans de grands systèmes, et en particulier de tester la présence de constantes sous-dominantes universelles dans le cas d'un liquide (de dimères) topologique de type Z_2 (construction de Kitaev-Preskill & Levin-Wen) et dans le cas d'une fonction d'onde critique (dimères sur réseaux bipartites).Si le système est un cylindre infiniment long et que le sous-système considéré est un demi-cylindre infini, le spectre de la matrice densité réduite peut se calculer plus simplement encore, par matrice de transfert. L'entropie d'intrication entre les deux moitiés du système apparaît alors comme l'entropie de Shannon associée aux probabilités des différentes configurations des degrés de liberté qui se trouvent à la frontière (un cercle). Ceci nous conduit à considérer l'entropie de Shannon (et ses généralisations de type Rényi)d'une fonction d'onde à N corps en tant que telle – indépendamment de son lien éventuel avec l'intrication quantique d'un état RK en dimension supérieure. Nous étudions les contributions universelles de cette entropie dans trois cas:1) les liquides de Tomonaga-Luttinger, cadre dans lequel nous établissons un lien entre l'entropie de Shannon-Rényi et des problèmes de théories conformes avec bords, et calculons exactement les termes universels de l'entropie en fonction du paramètre de Luttinger et de l'indice de Rényi;2) la chaîne d'Ising critique en champ transverse, pour laquelle nos simulations numériques montrent la présence d'une transition de phase à n=1 (indice de Rényi), qui reste mal comprise théoriquement, et pour laquelle une approche par méthode des répliques semble inadaptée;et enfin 3) des systèmes bidimensionnels avec symétrie continue spontanément brisée, où nous expliquons par un argument dechamp libre (et de tour d'états) la présence de termes en log(L) dans l'entropie, comme récemment observé par simulations Monte-Carlo quantique.
L'équation de Schrödinger polyélectronique régit l'évolution non relativiste des systèmes quantiques tels que les électrons, atomes et molécules. La chimie quantique ab initio consiste à trouver des solutions approximées de cette équation afin de prédire des propriétés moléculaires comme les longueurs de liaison, les spectres vibrationnels et les mécanismes réactionnels. Malgré les immenses progrès de la puissance de calcul, atteindre la précision chimique (une erreur d'énergie inférieure à 1 kcal/mol) reste exponentiellement coûteux pour les algorithmes classiques lorsque la taille du système augmente. Cette limite a conduit à envisager l'informatique quantique comme alternative pour la simulation moléculaire, les ordinateurs quantiques obéissant aux mêmes principes physiques que les systèmes simulés. Il a été établi que, sous certaines conditions, l'équation de Schrödinger moléculaire pouvait être résolue en temps polynomial sur un ordinateur quantique, permettant en principe une accélération exponentielle par rapport aux méthodes classiques. La concrétisation de cet avantage reste un problème ouvert et requiert des avancées tant matérielles (stabilité des processeurs) que algorithmiques (consommation de ressources). Ce dernier aspect constitue l'objectif principal de cette thèse. Trois défis fondamentaux sont identifiés: établir une correspondance et une discrétisation efficace entre le problème de structure électronique et les qubits; concevoir des algorithmes pour préparer de bonnes approximations de l'état fondamental ; décomposer les opérations quantiques en circuits implémentables à coût minimal. La première partie traite du court terme, où le faible nombre de qubits et le bruit limitent les opérations exécutables. Dans ce contexte, le Variational Quantum Eigensolver (VQE) et son extension adaptative ADAPT-VQE sont des références établies. Nous proposons plusieurs améliorations pour la construction adaptative d'ansätze. L'algorithme Greedy Gradient-Free Adaptive VQE simplifie le processus d'optimisation, réduisant considérablement la consommation de ressources et permettant même une démonstration sur un processeur de 25 qubits. La méthode Overlap-ADAPT-VQE introduit un schéma de compactification variationnelle qui reconstruit des approximations d'états quantiques cibles, permettant en chimie quantique d'accélérer significativement la convergence du VQE pour divers niveaux de corrélation électronique. Nous développons ensuite une stratégie d'initialisation des registres quantiques à partir de fonctions d'onde corrélées issues de calculs classiques, pour combiner calcul haute performance et post-traitement quantique. La seconde partie adopte une perspective de long terme centrée sur le comportement asymptotique des algorithmes. Nous présentons une décomposition de la porte NOT multi-contrôlée avec une profondeur de circuit polylogarithmique en nombre de qubits de contrôle, offrant une amélioration exponentielle sur les approches linéaires existantes. Enfin, nous proposons une méthode de chimie quantique en espace réel, compatible avec les algorithmes quantiques d'extraction de valeurs propres. L'objectif étant d'améliorer la convergence spatiale en remplaçant les discrétisations uniformes, utilisées dans la plupart des approches en première quantification, par des grilles non uniformes, adaptées à la molécule, qui concentrent les points de discrétisation dans les zones de forte densité électronique. Nous étendons cette stratégie aux hamiltoniens transcorrélés : des opérateurs qui régularisent les singularités du potentiel coulombien, et dont les fonctions propres sont lisses dans l'espace. Notre approche est plurielle, explorant tous les niveaux d'abstraction, de la théorie à l'implémentation, et couvrant des algorithmes exploitables sur des machines actuelles, et d'autres destinés aux architectures de long terme. Ces contributions renforcent les fondements des algorithmes quantiques pour la simulation moléculaire.