C'est exact #3 : Les intrigues de l'intrication

30/10/2015

Si Feynman, un des plus grand théoriciens de la physique quantique, a cru bon de déclarer que "personne ne comprend vraiment la physique quantique", il est facile de comprendre que la tâche s'annonce ardue pour tout le monde. La physique quantique est la théorie qui, succédant à ce que l'on appelle la physique classique, tente de décrire le comportement des atomes et des particules, ce que l'on appelle vulgairement "l'infiniment petit". L'une des observations résultant des théories quantiques est appelée intrication quantique, et s'oppose à tout ce que les physiciens avaient pu imaginer et accepter jusque là.

 

 Le physicien Ronald Hanson et son équipe. (Hanson Labs)

 

La théorie quantique de l'intrication

L'intrication est un phénomène liant plusieurs particules ou objets l'un à l'autre dans le cadre des théories quantiques. Son application la plus marquante est celle de la transmission d'un changement d'état de façon instantanée. En effet, si l'état quantique d'un des deux objets change, alors l'état de l'autre objet va changer de la même manière, de façon instantanée. L'une des propriétés des particules est le spin. Deux particules intriquées ont un spin opposé, et si le spin de l'une change, le spin de l'autre changera instantanément pour en rester l'opposé. En se fondant sur ces faits, on peut résumer que l'intrication quantique se produit quand des particules interagissent d’une manière qui dicte que le comportement de chacune des particules dépend du comportement de l’autre. Lors de sa formulation, et encore bien après, cette théorie de l'intrication posa de nombreux problèmes aux physiciens, notamment à cause de la relativité d'Einstein. En effet, la relativité générale induit que rien ne peut aller plus vite que la lumière, dont la vitesse n'est pas infinie. Dans ces conditions, il est impensable que l'information de l'état d'un objet quantique soit transmise de façon instantanée à un autre objet quantique, comme il est décrit par l'intrication quantique. Einstein s'est toujours lui-même opposé au concept même d'intrication quantique, arguant qu'elle n'était que le résultat d'un manque de variables, qui donnent l'illusion d'une instantanéité de la transmission de l'information. Ce refus d'Einstein tient au principe de base de la relativité générale : la localité. La localité est le principe physique qui explique que les objets ne peuvent être influencés que par leur environnement proche. Et selon le principe de localité, l'intrication quantique n'est qu'une illusion. Le principal opposant d'Einstein sur le terrain quantique, Bohr, a formulé que l'intrication ne s'oppose pas à la relativité, étant un phénomène non local. Pour Bohr, l'intrication de deux objets quantique ne dépend pas de la position des objets dans l'espace, et les deux objets forment un système ne pouvant être étudié séparément.

 

Un phénomène non-local

 

En 1964, le physicien John Bell propose une expérience qui permettrait de prouver le caractère non-local de l'intrication, et de réfuter l'hypothèse des variables d'Einstein. Bell pose une succession d'inégalités qui sont évaluées au cours de l'expérience. Si ces inégalités ne sont pas respectées, alors l'existence de variables cachées ne peut pas expliquer les résultats, qui doivent être admis par la non-localité de la nature. Jusqu'à récemment, de nombreuses expériences avaient tenté de prouver, grâce aux inégalités de Bell, le principe de non-localité, mais des imprécisions venaient les compromettre. Les deux principales sont les échappatoires de communication et de détection. Le premier se résume à la possibilité que les détections de l'instantanéité de la transmission soit faussées par une communication à la vitesse de la lumière, si les deux objets intriqués sont trop proches. L'échappatoire de détection est quant à lui le résultat de l’absorption des particules observées sur leur trajet jusqu'au détecteur. Cela induit une représentativité des échantillons observés, certains ayant été absorbés avant leur détection. Le physicien Ronald Hanson et son équipe viennent de mettre en place une expérience permettant d'éviter les deux écueils précédemment évoqués. Les résultats de ces expériences sont sans appel : les inégalités de Bell sont violées, montrant que notre monde est bien non-local. Plus que simplement désavouer Einstein, les résultats de cette expérience confirment que notre modèle physique actuel, celui de la relativité générale et des interactions atomiques, n'est pas suffisant pour expliquer notre univers, réservant une place importante à la refonte des théories physiques dans le futur proche.

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