Flashcards : Intrication quantique et cryptographie (89 cartes)

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1Question

Pour quels objets la physique classique décrit-elle efficacement la plupart des phénomènes ?

Réponse

Les objets macroscopiques.

2Question

Quand les effets quantiques deviennent-ils importants selon l’action caractéristique ?

Réponse

Lorsque l’action caractéristique est comparable à la constante de Planck hh.

3Question

À quelles longueurs d’onde la loi de Rayleigh–Jeans est-elle correcte ?

Réponse

Aux grandes longueurs d’onde.

4Question

Comment appelle-t-on la divergence d’énergie prédite par Rayleigh–Jeans lorsque λ→0\lambda\to 0 ?

Réponse

La catastrophe ultraviolette.

5Question

Quel physicien propose en 1900 la quantification de l’énergie des oscillateurs atomiques ?

Réponse

Max Planck.

6Question

Quelle est la valeur des paquets d’énergie selon l’hypothèse de Planck ?

Réponse

ΔE=hν\Delta E=h\nu

7Question

Qu’arrive-t-il sous la fréquence seuil de l’effet photoélectrique, quelle que soit l’intensité ?

Réponse

Aucun électron n’est émis.

8Question

Qui a proposé en 1905 que la lumière est constituée de photons ?

Réponse

Einstein, en 1905.

9Question

Quelle énergie Einstein attribue-t-il à un photon ?

Réponse

Ephoton=hνE_{\text{photon}}=h\nu

10Question

Quelle condition permet l’éjection d’un électron dans le modèle élémentaire ?

Réponse

hν>ϕh\nu>\phi

11Question

Quelle formule donne l’énergie cinétique maximale des photoélectrons ?

Réponse

Ec,max⁡=hν−ϕE_{c,\max}=h\nu-\phi

12Question

Que détermine la fréquence de la lumière dans l’effet photoélectrique ?

Réponse

L’énergie de chaque photon.

13Question

En quelle année Otto Stern et Walther Gerlach ont-ils observé la séparation d’un faisceau d’argent ?

Réponse

En 1922.

14Question

Quelles valeurs la projection du spin d’une particule de spin 1/2 peut-elle prendre ?

Réponse

+ℏ/2+\hbar/2 et −ℏ/2-\hbar/2.

15Question

Que mesure l’expérience de Stern–Gerlach selon l’axe défini par le champ ?

Réponse

La projection du moment magnétique.

16Question

Qui a prédit qu’une particule de quantité de mouvement pp est associée à une longueur d’onde ?

Réponse

Louis de Broglie, en 1924.

17Question

Quelle relation Louis de Broglie a-t-il proposée pour la longueur d’onde associée à une particule ?

Réponse

λ=h/p\lambda=h/p.

18Question

En quelle année Davisson et Germer ont-ils observé la diffraction d’électrons sur du nickel ?

Réponse

En 1927.

19Question

Que permet de prédire l’état initial exact en mécanique classique ?

Réponse

L’état futur avec certitude.

20Question

Que prédit l’état initial en mécanique quantique ?

Réponse

Les probabilités des résultats de mesure.

21Question

Quelles valeurs certaines grandeurs quantiques peuvent-elles prendre ?

Réponse

Des valeurs discrètes.

22Question

Quel comportement les photons manifestent-ils dans l’effet photoélectrique ?

Réponse

Un comportement corpusculaire.

23Question

Quel comportement les électrons manifestent-ils dans la diffraction ?

Réponse

Un comportement ondulatoire.

24Question

Comment une mesure modifie-t-elle l’état du système observé en mécanique quantique ?

Réponse

Elle le fait évoluer vers l’un des résultats possibles.

25Question

Que permettent les corrélations intriquées entre particules éloignées ?

Réponse

Des corrélations plus fortes que celles autorisées par la physique classique.

26Question

Sur quoi repose la sécurité de la cryptographie quantique ?

Réponse

Sur des lois physiques.

27Question

Sur quoi repose la sécurité de la cryptographie classique ?

Réponse

Sur la difficulté de problèmes mathématiques.

28Question

Quel est le but de la distribution quantique de clés (QKD) ?

Réponse

Permettre à deux utilisateurs d’établir une clé commune.

29Question

Dans quels états un système quantique peut-il se trouver ?

Réponse

Dans certains états définis.

30Question

Qu’est-ce que la superposition quantique ?

Réponse

Une combinaison linéaire de plusieurs états de base.

31Question

Quel effet une mesure quantique produit-elle sur l’état observé ?

Réponse

Elle le modifie.

32Question

Qu’interdit le théorème de non-clonage pour un état quantique inconnu ?

Réponse

Sa copie parfaite.

33Question

Quel mécanisme le protocole BB84 exploite-t-il pour détecter un espion ?

Réponse

La perturbation des photons par la mesure de leur polarisation.

34Question

À qui et à quelle année le protocole BB84 est-il attribué ?

Réponse

À Bennett et Brassard, en 1984.

35Question

Qu’est-ce qui distingue la cryptographie quantique de la cryptographie post-quantique ?

Réponse

La cryptographie quantique utilise des systèmes quantiques, tandis que la cryptographie post-quantique utilise des algorithmes classiques résistants aux attaques quantiques.

36Question

Que provoque l’observation d’un qubit par un espion ?

Réponse

Elle le projette sur l’un des deux résultats.

37Question

Quelle conséquence détectable l’observation espionne d’un qubit introduit-elle ?

Réponse

Elle introduit des erreurs détectables.

38Question

Sur la sphère de Bloch, que ne peut-on mesurer sans perturber l’état d’un qubit préparé ?

Réponse

Un qubit préparé.

39Question

Comment les photons codent-ils les qubits et à quoi sont-ils adaptés ?

Réponse

Par leur polarisation, ils sont adaptés à la transmission.

40Question

Quelles polarisations codent ∣0⟩|0\rangle et ∣1⟩|1\rangle pour un photon ?

Réponse

La polarisation horizontale HH code ∣0⟩|0\rangle et la verticale VV code ∣1⟩|1\rangle.

41Question

Que codent les états de polarisation des photons dans BB84 ?

Réponse

Les bits quantiques d’une clé secrète.

42Question

Que conserve une opération unitaire de l’état quantique ?

Réponse

La norme de l’état, donc la probabilité totale égale à 1.

43Question

Que fait une opération unitaire au vecteur d’état sur la sphère de Bloch ?

Réponse

Elle le déplace à la surface de la sphère.

44Question

Comment la porte X agit-elle sur les états de base du qubit ?

Réponse

Elle échange ∣0⟩|0\rangle et ∣1⟩|1\rangle.

45Question

À quelle rotation correspond la porte X ?

Réponse

À une rotation de 180° autour de l’axe X.

46Question

Comment la porte Z transforme-t-elle l’état ∣1⟩|1\rangle ?

Réponse

Elle le transforme en −∣1⟩-|1\rangle.

47Question

Que produit la porte Hadamard à partir des états de base ?

Réponse

Des superpositions équilibrées.

48Question

Quels dispositifs manipulent les photons dans la manipulation physique des qubits ?

Réponse

Des dispositifs optiques.

49Question

Quels supports physiques des qubits sont manipulés par des lasers ?

Réponse

Les atomes et les ions.

50Question

Comment manipule-t-on les circuits supraconducteurs en informatique quantique ?

Réponse

Par des impulsions micro-ondes.

51Question

Que décrivent les portes quantiques ?

Réponse

La transformation souhaitée.

52Question

Que réalise la manipulation physique d’un qubit ?

Réponse

La transformation sur son support matériel.

53Question

Quelles probabilités la mesure d’un qubit dans la base {∣0⟩,∣1⟩}\{|0\rangle,|1\rangle\} attribue-t-elle aux résultats 0 et 1 ?

Réponse

P(0)=∣α∣2P(0)=|\alpha|^2 et P(1)=∣β∣2P(1)=|\beta|^2.

54Question

Quelles sont les étapes de la mesure d’un qubit en superposition ?

Réponse

Elle produit un résultat selon des probabilités, puis projette le qubit dans l’état correspondant.

55Question

Après une mesure dans la base ∣0⟩,∣1⟩|0\rangle,|1\rangle, quel état suit le résultat 0 ?

Réponse

Le qubit se trouve dans l’état ∣0⟩|0\rangle.

56Question

Que devient l’état initial exact d’un qubit après sa mesure ?

Réponse

Il ne peut pas être retrouvé, car la superposition initiale est détruite.

57Question

Quel résultat donne un photon polarisé H mesuré dans la base H/V ?

Réponse

Il donne toujours H.

58Question

Quels résultats donne un photon polarisé H mesuré dans la base diagonale ?

Réponse

Il donne + et − avec une probabilité de 50 % chacun.

59Question

Quelles théories fondaient notamment la physique au début du XXe siècle ?

Réponse

La mécanique newtonienne, l’électromagnétisme, la thermodynamique et la mécanique statistique.

60Question

En quelle année Isaac Newton a-t-il formulé la mécanique newtonienne ?

Réponse

En 1687.

61Question

En quelle année James Clerk Maxwell a-t-il établi l’électromagnétisme ?

Réponse

En 1865.

62Question

Pourquoi la diffraction d’une balle de tennis n’est-elle pas observable en conditions ordinaires ?

Réponse

Sa longueur d’onde de de Broglie est trop petite.

63Question

À quoi la longueur d’onde de de Broglie d’un électron peut-elle être comparable dans un cristal ?

Réponse

À l’espacement atomique du cristal.

64Question

Qu’est-ce qu’un corps noir ?

Réponse

Un objet idéal qui absorbe toute la lumière incidente et réémet un rayonnement dont le spectre dépend uniquement de sa température.

65Question

Quelle formule exprime la loi de Rayleigh–Jeans pour u(λ,T)u(\lambda,T) ?

Réponse

u(λ,T)=8πkBTλ4u(\lambda,T)=\frac{8\pi k_B T}{\lambda^4}

66Question

Quelle attribution est associée à la loi de Rayleigh–Jeans ?

Réponse

Rayleigh–Jeans.

67Question

Quels spectres une observable peut-elle présenter selon le système et ses conditions aux limites ?

Réponse

Un spectre discret, continu ou mixte.

68Question

Que désigne l’effet photoélectrique lorsqu’une lumière éclaire un métal ?

Réponse

L’émission d’électrons par la surface métallique.

69Question

Quelle énergie cinétique maximale ont les électrons émis avec une fonction travail de 2,2 eV2{,}2\,\text{eV} et des photons de 3,0 eV3{,}0\,\text{eV} ?

Réponse

0,8 eV0{,}8\,\text{eV}.

70Question

En quoi le moment magnétique et le spin diffèrent-ils ?

Réponse

Ce sont deux grandeurs physiques distinctes, d’unités différentes.

71Question

Quelle longueur d’onde possède environ un électron accéléré sous 150 V ?

Réponse

Environ 0,10 nm.

72Question

Quel rôle la physique classique conserve-t-elle face à la mécanique quantique ?

Réponse

Elle reste une approximation efficace à grande échelle.

73Question

Quelle propriété des particules intriquées permet au protocole E91 d’établir des clés sécurisées à grande distance ?

Réponse

Leurs corrélations parfaites, quelle que soit leur distance.

74Question

Sur quoi repose le protocole E91 ?

Réponse

Sur l’intrication quantique.

75Question

Qu’est-ce qui change dans les corrélations observées lors d’une interception E91 ?

Réponse

Les corrélations observées sont modifiées.

76Question

Qu’exploitent les générateurs quantiques de nombres aléatoires pour produire des suites aléatoires ?

Réponse

L’imprévisibilité fondamentale des mesures quantiques.

77Question

Quels rôles les algorithmes post-quantiques peuvent-ils remplir dans une architecture de sécurité future ?

Réponse

L’authentification.

78Question

Quel mécanisme de distribution de clés une architecture de sécurité future peut-elle associer aux algorithmes post-quantiques ?

Réponse

La distribution quantique de clés.

79Question

Comment transporte-t-on les photons sur de longues distances ?

Réponse

Par fibre optique ou dans l’espace libre.

80Question

Quels niveaux d’énergie un atome à deux niveaux utilise-t-il ?

Réponse

L’état fondamental et le premier état excité.

81Question

Quelle durée de cohérence les ions piégés peuvent-ils atteindre ?

Réponse

Plusieurs minutes.

82Question

Quelles températures les circuits supraconducteurs nécessitent-ils ?

Réponse

Quelques millikelvins.

83Question

Quelle rotation la porte Y réalise-t-elle autour de l’axe Y ?

Réponse

Une rotation de 180°.

84Question

Quelles rotations définissent Rx(θ)R_x(\theta), Ry(θ)R_y(\theta) et Rz(θ)R_z(\theta) ?

Réponse

Rx(θ)=e−iθX/2R_x(\theta)=e^{-i\theta X/2}, Ry(θ)=e−iθY/2R_y(\theta)=e^{-i\theta Y/2} et Rz(θ)=e−iθZ/2R_z(\theta)=e^{-i\theta Z/2}.

85Question

Quel effet les lames quart d’onde et demi-onde ont-elles sur les photons ?

Réponse

Elles modifient l’orientation de leur polarisation.

86Question

Comment les lames quart d’onde et demi-onde représentent-elles les changements de polarisation ?

Réponse

Comme des rotations sur la sphère de Bloch.

87Question

Que manipulent les dispositifs optiques dans BB84, E91 et BBM92 ?

Réponse

Les photons pour préparer des polarisations ou des états intriqués.

88Question

Quelle relation les amplitudes d’un qubit normalisé ∣ψ⟩=α∣0⟩+β∣1⟩|\psi\rangle=\alpha|0\rangle+\beta|1\rangle vérifient-elles ?

Réponse

∣α∣2+∣β∣2=1|\alpha|^2+|\beta|^2=1.

89Question

Qu’a montré l’expérience de Stern-Gerlach de 1922 sur la projection du spin ?

Réponse

Elle prend deux valeurs discrètes.

Teste-toi avec le QCM

Teste tes connaissances avec un QCM de 56 questions sur Intrication quantique et cryptographie.

1. Un système macroscopique a une action caractéristique très grande par rapport à la constante de Planck. Quel cadre décrit généralement le mieux son comportement ?

2. Dans une expérience de diffraction, quelle comparaison entre une balle de tennis et un électron est attendue dans des conditions ordinaires ?

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