Ordinateur quantique : 3. La propriété de l’intrication

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intricationDans notre premier article « Ordinateur quantique : 1. Naissance de la théorie quantique », nous avons abordé l’avènement du sujet quantique. Puis, nous avons tenté de vulgariser l’aspect du discret dans le quantique en expliquant le principe de superposition dans un deuxième article. Dans la suite logique, nous abordons la propriété de l’intrication dans ce nouvel article.

Définition de l’intrication

En théorie quantique, l’intrication quantique ou l’enchevêtrement quantique est un phénomène où deux particules ou ensemble de particules ont des états quantiques dépendant l’un de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Un tel état est dit « intriqué » parce qu’il existe des corrélations entre les propriétés physiques observées de ces particules distinctes. Ce principe de non localité semble contredire le principe de localité. Ainsi, deux objets intriqués A et B, même séparés par une grande distance, ne sont pas indépendants. Il faut considérer {A+B} comme un système unique. Ils forment un système lié. Tant qu’aucun d’eux n’interagit avec un autre système, ils continuent à partager les propriétés intriquées.

L’origine de l’intrication

Cette propriété n’était au départ, en 1935, qu’une hypothèse faite par Einstein, Podolsky et Rosen, connue sous le nom de paradoxe EPR. Cette hypothèse a été faite pour démontrer l’incomplétude de la théorie quantique qui ne satisfaisait pas Einstein.

En réalité chacun peut, s’il a bien compris le principe de superposition, en déduire la propriété d’intrication. En effet, si une particule quantique, avant la mesure, possède un très grand nombre (une infinité) de valeurs  à la fois pour la même propriété, il devient évident que deux particule mélangées formeront un seul système quantique. C’est le principe de superposition qui s’applique ! C’était l’idée d’Einstein pour dire qu’il y a des variables cachées que la théorie quantique n’arrive pas à expliciter. La théorie quantique était à ses yeux incomplète.

 

Le paradoxe EPR devient une réalité mathématique

En 1964, ce paradoxe passe d’une hypothèse à une réalité mathématique formulée par le physicien Jean Bell qui travaillait au CERN, à Genève. Sa formule porte le nom d’inégalité de Bell. Elle est réalisée expérimentalement pour la première fois par le physicien français Alain Aspect à l’Institut d’optique d’Orsay entre 1980 et 1982, sur des distances de quelques mètres. L’expérience est confirmée avec un autre dispositif à Genève en 1997, cette fois-ci par Nicolas Gisin, mais sur une distance de plusieurs kilomètres entre les villages de Bernex et de Bellevue.

 

Une expérience d’intrication

Une expérience d’intrication simple consiste à intriquer deux photons ou particules, en les réunissant et en les forçant à interagir. Une fois intriqués, ils le restent, même si ils se séparent et s’éloignent l’un de l’autre sur une grande distance. La corrélation est liée à la mesure. Il est donc incorrect de penser à une transmission d’information instantanée, donc plus rapide que la vitesse de la lumière, ce qui serait une violation de la théorie de la relativité.

 

Exemple d’expérience

Il y a plusieurs types d’expériences possibles. Prenons-en une simple :intrication

  1. Choisissons une particule sans spin (rotation en anglais, mais une rotation complètement différente de ce  que nous pouvons imaginer. Pour faire un tour (2pi), une particule fait deux tours (4pi). C’est encore le mystère quantique !)
  2. En se désintégrant, cette particule donne deux autres particules, chacune avec un spin dont on ignore l’orientation, haut (up) ou bas (down). C’est une superposition des deux orientations d’après le principe de superposition.
  3. Nous éloignons les deux particules.
  4. Nous mesurons successivement le spin des deux particules. Si nous trouvons un spin up pour la première particule, la deuxième particule, à coup sûr, aura un spin down et vice versa.

C’est étonnant ! Souvenez-vous. A l’étape 2, chaque particule contenait les deux orientations et nous avions la même probabilité de mesurer chacune des deux orientation concernant chaque particule !

Ce genre d’expérience, en plus sophistiqué, existe et est réalisé dans beaucoup de laboratoires dans le monde.

La téléportation

Attention à ne pas faire de confusion entre intrication et téléportation. En effet, si vous envoyez un nouveau photon (ou particule) sur l’un de nos deux photons intriqués et séparés, alors le changement de l’état de ce photon influe et change l’état de l’autre photon déjà intriqué. Le seul lien de l’intrication, dans l’état de connaissances actuelles, avec la téléportation, est une téléportation d’état et non d’information ou d’énergie.

 

Conclusion

A travers ces quelques paragraphes, nous avons pu définir, sous une forme simplifiée, l’étrange propriété de l’intrication. Nous avons vu la transformation d’une idée proposée par Einstein, Podolsky et Rosen, à une expérience réelle. Nous avons remarqué la matérialisation, à travers la propriété de l’intrication, de l’aspect holistique qui pointait déjà son nez avec le principe de superposition. Et pour une meilleure compréhension du sujet nous avons présenté un schéma simplifié d’une expérience type d’intrication. Enfin nous avons tenté de différencier l’intrication de la téléportation.

Dans le prochain article, nous traiterons de l’atome et de la naissance de la mécanique quantique

 

Photo credit : RoyBuri via pixabay.com

Abdelli Thameur About Thameur Abdelli

Technicien en informatique et Administrateur système, je suis passionné par la physique quantique et les recherches actuelles sur la gravité quantique

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