SPOOKY : adjective
(colloquial) (house, atmosphere) sinistre;
(story) qui fait froid dans le dos.

Décidément, cela bouge en ce moment du côté de la mécanique quantique. Après la résurrection du chat de Schrodinger, une nouvelle expérience teste cette fois l’intrication quantique, confirmant l’existence de ce qu’Einstein qualifiait de “spooky action at a distance“.

L’intrication quantique

On l’a vu dans le billet précédent, une particule quantique (par exemple un tout petit chat tout mignon) peut-être dans une superposition d’états différents. Là où cela devient plus sioux, c’est que plusieurs particules peuvent être dans une superposition d’états différents, mais les états des différentes particules peuvent être corrélés entre eux. C’est ce qu’on appelle l’intrication quantique.

Une petite expérience de pensée (fausse mais parlante, comme il se doit) s’impose tout d’abord pour expliquer ce que les chercheurs ont testé. Pour être plus explicite, nous allons encore devoir sacrifier des chats. Nous reprenons la boîte du chat de Schrodinger, mais cette fois, nous y mettons deux compartiments. Considérons deux chats, que nous appellerons A comme Aspect et B comme Born (on supposera qu’ils sont clones l’un de l’autre pour rendre les choses encore plus spooky). Dans chaque compartiment de la boîte, nous plaçons un chat et un seul. Nous mettons toujours une fiole de poison à l’intérieur de la boîte, mais contrôlée par un dispositif quantique un peu différent. Cette fois, on ne rigole pas, nous avons décidément trop de chats, donc nous mettons plein d’atomes radioactifs qui, en se désintégrant, vont libérer à coup sûr la fiole de poison. Mais comme nous sommes quand même humains, nous faisons en sorte que ce dispositif quantique ne tue qu’un chat et un seul. Le dispositif mesure une propriété quantique du premier atome qui se désintègre (par exemple un spin quelconque), et en fonction de cette propriété quantique, libère le poison soit sur le chat A, soit sur le chat B. Du coup, un chat mourra à coup sûr, mais on ne sait pas lequel tant qu’on n’a pas ouvert la boîte.

Regardons le chat A. Comme dans l’expérience du chat de Schrodinger, il est, d’un point de vue quantique, dans la superposition de deux états : vivant et mort. Idem pour le chat B. Mais si on considère les deux chats ensemble, il y a corrélation entre les deux états. Le chat A ne peut être vivant si le chat B est vivant. En fait, d’un point de vue global, le système est toujours dans une superposition d’états, les deux états étant “chat A vivant et chat B mort” et “chat B vivant et chat A mort”. C’est cela qu’on appelle intrication : il y a superposition de deux états pour chacun des chats, mais l’état d’un chat dicte celui de l’autre.

Spooky experience

Bien, maintenant, imaginons que notre boîte quantique fait 18 kilomètres de long, et passe sous le lac de Genève Léman. A chaque extrémité de la boîte, nous plaçons un de nos chats. Nous lançons l’expérience : dans la boîte, nos chats sont dans la superposition d’états décrite plus haut. Un physicien décide alors de regarder comment va le chat A et ouvre la boîte. Ce faisant, comme décrit dans le billet précédent, il déclenche l’effondrement quantique, la réduction du paquet d’onde, et sauve ou tue le chat A. Supposons que le chat A soit vivant : du coup, on est sûr compte tenu de l’intrication quantique que le chat B est mort. Ce qui est très étrange, c’est que l’état quantique du chat B est complètement déterminé par l’observation faite sur le chat A, malgré la distance séparant les deux chats. Encore une fois, rappelons qu’en physique quantique, c’est l’observation (du chat A) qui déclenche cette réduction du paquet d’ondes (chat A et B). Comment est-il possible que l’effondrement quantique de l’état du chat B soit fait en vertu d’une observation du chat A, sur l’autre rive du lac Léman ? C’est cela qu’Einstein qualifiait de “spooky” : existerait-il donc une espèce d’interaction à distance entre les deux chats ? Quelle serait la vitesse de cette interaction ?[1]

Salart et al. ont effectué cette mesure en utilisant des paires de photons intriquées à la place des chats. Les détails sont techniques, mais l’expérience permet de montrer sans ambiguité que s’il y a interaction ou transmission d’information entre les deux photons, elle se produit à une vitesse supérieure à la limite de détection des instruments utilisés. Cette vitesse est … 10 000 fois la vitesse de la lumière ! Spooky ….

Ce qu’il y a encore plus d’intéressant est que dans ce genre d’expériences, on est amené à tester les limites de la relativité. Par exemple, on pourrait s’attendre à ce que les résultats de l’expérience dépendent de l’endroit par rapport auquel on mesure la vitesse [2] . Salart et al. ont donc fait la mesure de cette vitesse à toute heure du jour et de la nuit : s’il existe un référentiel de référence, la rotation et le mouvement de la Terre devraient nous balader suffisamment par rapport à ce référentiel pour qu’on puisse détecter son existence. Là encore, on ne voit aucune anormalité permettant de détecter un tel référentiel.

Références :

Testing the speed of ’spooky action at a distance’, Daniel Salart et al., Nature 454, 861-864 (2008)

Quantum mechanics: The speed of instantly, Terence G. Rudolph,Nature 454, 831-832 (2008)

[1] notez que cette interaction ne permet pas a priori de transmettre une information. En effet, transmettre une information reviendrait à pouvoir “choisir” l’état du chat qu’on observe. Or on ne peut pas choisir d’observer un chat de Schrodinger vivant. Maintenant je ne sais pas dans quelle mesure c’est compatible avec le fait qu’on puisse ressuciter un chat de Schrodinger !

[2] par exemple, lorsque vous conduisez, votre vitesse par rapport à votre propre voiture est nulle; Einstein a proposé néanmoins que la vitesse de la lumière soit la même dans tous les référentiels, ce qui est à la base de la relativité restreinte et de toute la physique moderne, et a pu être vérifié de nombreuses fois expérimentalement.

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Billet publié le Saturday, August 16th, 2008 à 1:06 pm dans les catégories Physique, Sciences. Lien vers le flux de commentaires : RSS 2.0 . Vous pouvez laissez un commentaire, ou faire un rétrolien.