La réalité n’existe pas tant que vous ne la mesurez pas, confirme l’astuce du salon quantique | La science

La Lune n’est pas nécessairement là si vous ne la regardez pas. C’est ce que dit la mécanique quantique, qui stipule que ce qui existe dépend de ce que vous mesurez. Prouver la réalité est comme cela implique généralement la comparaison des probabilités obscures, mais les physiciens en Chine ont fait le point d’une manière plus claire. Ils ont exécuté un jeu d’association dans lequel deux joueurs tirent parti des effets quantiques pour gagner à chaque fois, ce qu’ils ne peuvent pas faire si les mesures ne font que révéler la réalité telle qu’elle existe déjà.

” A ma connaissance c’est le plus simple [scenario] dans lequel cela se produit », explique Adan Cabello, un physicien théoricien à l’Université de Séville qui a expliqué le jeu en 2001. Une telle pseudo-télépathie quantique dépend de corrélations entre les particules qui n’existent que dans le domaine quantique, explique Anne Broadbent, une scientifique de l’information quantique. à l’Université d’Ottawa. “Nous observons quelque chose qui n’a pas d’équivalent classique.”

Une particule quantique peut exister dans deux conditions mutuellement exclusives à la fois. Par exemple, un photon peut être polarisé de sorte que le champ électrique qu’il contient se tortille verticalement, horizontalement ou dans les deux sens en même temps, du moins jusqu’à ce qu’il soit mesuré. L’état bidirectionnel s’effondre ensuite de manière aléatoire à la verticale ou à l’horizontale. Surtout, peu importe comment l’état bidirectionnel s’effondre, un observateur ne peut pas supposer que la mesure révèle simplement comment le photon était déjà polarisé. La polarisation n’émerge qu’à la mesure.

Ce dernier morceau a irrité Albert Einstein, qui pensait que quelque chose comme la polarisation d’un photon devrait avoir une valeur indépendante du fait qu’elle soit mesurée ou non. Il a suggéré que les particules pourraient porter des “variables cachées” qui déterminent comment un état bidirectionnel s’effondrera. Cependant, en 1964, le théoricien britannique John Bell a trouvé un moyen de prouver expérimentalement que de telles variables cachées ne peuvent pas exister en exploitant un phénomène connu sous le nom d’intrication.

Deux photons peuvent être intriqués de sorte que chacun soit dans un état incertain dans les deux sens, mais leurs polarisations sont corrélées de sorte que si l’un est horizontal, l’autre doit être vertical et vice versa. Sonder l’enchevêtrement est délicat. Pour ce faire, Alice et Bob doivent disposer chacun d’un appareil de mesure. Ces appareils peuvent être orientés indépendamment, afin qu’Alice puisse tester si son photon est polarisé horizontalement ou verticalement, tandis que Bob peut incliner son détecteur d’un angle. L’orientation relative des détecteurs affecte le degré de corrélation de leurs mesures.

Bell a imaginé qu’Alice et Bob orientaient leurs détecteurs au hasard sur de nombreuses mesures, puis comparaient les résultats. Si des variables cachées déterminent la polarisation d’un photon, les corrélations entre les mesures d’Alice et de Bob ne peuvent être qu’aussi fortes. Mais, a-t-il soutenu, la théorie quantique leur permet d’être plus forts. De nombreuses expériences ont vu ces corrélations plus fortes et ont exclu les variables cachées, bien que seulement statistiquement sur de nombreux essais.

Maintenant, Xi-Lin Wang et Hui-Tian Wang, physiciens à l’Université de Nanjing, et leurs collègues ont fait le point plus clairement à travers le jeu Mermin-Peres. À chaque tour du jeu, Alice et Bob partagent non pas une, mais deux paires de photons intriqués sur lesquels effectuer les mesures qu’ils souhaitent. Chaque joueur a également une grille de trois par trois et remplit chaque case avec un 1 ou un -1 selon le résultat de ces mesures. À chaque tour, un arbitre sélectionne au hasard l’une des lignes d’Alice et l’une des colonnes de Bob, qui se chevauchent dans un carré. Si Alice et Bob ont le même nombre dans cette case, ils gagnent la manche.

Cela semble facile : Alice et Bob mettent 1 dans chaque case pour garantir une victoire. Pas si vite. Des règles de « parité » supplémentaires exigent que toutes les entrées de la ligne d’Alice soient multipliées par 1 et que celles de la colonne de Bob soient multipliées par –1.

Si des variables cachées prédéterminent les résultats des mesures, Alice et Bob ne peuvent pas gagner à chaque tour. Chaque ensemble possible de valeurs pour les variables cachées spécifie en fait une grille déjà remplie de –1 et de 1. Les résultats des mesures réelles indiquent simplement à Alice laquelle choisir. Il en va de même pour Bob. Mais, comme on le montre facilement avec un crayon et du papier, aucune grille ne peut satisfaire à la fois les règles de parité d’Alice et de Bob. Ainsi, leurs grilles doivent être en désaccord sur au moins une case, et en moyenne, ils peuvent gagner au plus huit des neuf tours.

La mécanique quantique leur permet de gagner à chaque fois. Pour ce faire, ils doivent utiliser un ensemble de mesures conçues en 1990 par David Mermin, un théoricien de l’Université Cornell, et Asher Peres, un ancien théoricien de l’Israel Institute of Technology. Alice fait les mesures associées aux cases de la ligne spécifiée par l’arbitre, et Bob, celles des cases de la colonne spécifiée. L’intrication garantit qu’ils sont d’accord sur le nombre dans le carré clé et que leurs mesures obéissent également aux règles de parité. L’ensemble du schéma fonctionne parce que les valeurs n’apparaissent qu’au fur et à mesure que les mesures sont effectuées. Le reste de la grille n’est pas pertinent, car les valeurs n’existent pas pour les mesures qu’Alice et Bob ne font jamais.

Générer simultanément deux paires de photons intriqués n’est pas pratique, explique Xi-Lin Wang. Ainsi, à la place, les expérimentateurs ont utilisé une seule paire de photons qui sont intriqués de deux manières – par polarisation et ce que l’on appelle le moment angulaire orbital, qui détermine si un photon ondulatoire tire-bouchon vers la droite ou vers la gauche. L’expérience n’est pas parfaite, mais Alice et Bob ont remporté 93,84 % des 1 075 930 tours, dépassant le maximum de 88,89 % avec des variables cachées, rapporte l’équipe dans une étude sous presse à Lettres d’examen physique.

D’autres ont démontré la même physique, dit Cabello, mais Xi-Lin Wang et ses collègues “utilisent exactement le langage du jeu, ce qui est bien”. La démonstration pourrait avoir des applications pratiques, dit-il.

Broadbent a en tête une utilisation dans le monde réel : vérifier le travail d’un ordinateur quantique. Cette tâche est essentielle mais difficile car un ordinateur quantique est censé faire des choses qu’un ordinateur ordinaire ne peut pas faire. Cependant, dit Broadbent, si le jeu était intégré à un programme, sa surveillance pourrait confirmer que l’ordinateur quantique manipule les états intriqués comme il se doit.

Xi-Lin Wang explique que l’expérience visait principalement à montrer le potentiel de la technologie préférée de l’équipe : les photons s’enchevêtrent à la fois dans la polarisation et le moment cinétique. “Nous souhaitons améliorer la qualité de ces photons hyperintriqués.”

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