Il y’a une dizaine d’années je découvrais par curiosité un concept de la mécanique quantique qui m’avait fasciné : celui de l’intrication.
Toute paire de photons dont les états de polarisations sont intriqués même si les deux objets sont très éloignés l’un de l’autre se comportent comme un système unique. Pour faire simple les résultats de la mesure de ces deux particules sont corrélés. C’est ce qu’on appelle l’inséparabilité quantique.
Photons intriqués et en quelques sortes inséparables.
Pourtant, en 1935 l’intrication a nourri une opposition entre les théories classiques et quantiques notamment entre Einstein et l’école de Copenhague, (physiciens qui établirent le formalisme quantique dont faisait partie Niels Bohr).
Niels Bohr fondateur de la pensée quantique (quantas)
Si Einstein ne remet plus en cause les lois mathématiques de la théorie quantique il juge son formalisme incomplet. En effet Einstein va étudier avec deux autres collègues le comportement de deux particules dites intriqués ou états EPR pour (Einstein, Podolsky, Rosen).
Einstein avance que si les deux particules sont très éloignées au moment de la mesure, le résultat de la mesure sur l’un ne saurait déterminer le résultat de la mesure de l’autre car cette corrélation devrait se propager plus vite que la vitesse de la lumière ce qui contredit le principe de relativité restreinte. La solution serait donc d’attribuer une propriété à chaque particule telle qu’une polarisation dès l’émission : ainsi les mesures seraient bien corrélées. Cette propriété c’est l’hypothèse de localité.
Or, le formalisme quantique tel qu’il a été établi ne prédétermine en rien une telle caractéristique pour les particules d’une paire intriquée. Bohr réfute Einstein en expliquant que cela n’a aucun sens de prendre en considération une caractéristique individuelle pour une paire de particules intriquée.
Bell au secours de Bohr :
En 1964, le physicien du CERN à Genève John Bell prouve que la localité mise en avant par Einstein est incompatible avec les théories quantiques. Son théorème explicite que des paramètres supplémentaires ou variables cachées telles que la localité vérifie certaines inégalités or les corrélations prévues par la mécanique quantique violent ces inégalités.
Concrètement la physique quantique rend égal ces inégalités ce qui contredit Einstein et le paradoxe EPR, Bohr en conclut donc que l’intrication quantique ne peut se comprendre l’aide de concepts classiques.
Depuis 1982, plusieurs expériences montrent des résultats qui viennent corroborer les arguments de Bohr et Bell notamment par le grand chercheur français Alain Aspect à l’institut d’optique d’Orsay qui a pu tester l’intrication tout en intégrant le principe de localité d’Einstein. En intégrant dans son expérience la localité, Alain Aspect démontre par l’expérience que si les inégalités de Bell sont violées : le modèle classique et relativiste d’Einstein est incompatible avec l’intrication quantique et que Bohr avait raison.
Or, toutes les expériences plus ou moins récentes démontrent la violation des inégalités de Bell en appliquant l’hypothèse de localité.
Pour illustrer ce propos je vous propose la vidéo d’une interview réalisée par mon collègue vulgarisateur David Louapre sur sa chaîne « Science Etonnante » que je vous recommande fortement.
David Louapre s’attaque comme moi à toute sorte de sujets et comme moi cherche à faire des passerelles entre les concepts et différentes matières scientifiques. Attention ses vidéos sont géniales, il a reçu un prix pour la vulgarisation de la part du CNRS.
Pour finir, je suis heureux de vous dire qu’Alain Aspect a obtenu le prix Nobel de physique en 2022 bien après que j’ai écrit cet article pour ses travaux qui ont notamment trouvé une application en cryptographie quantique. J’ai eu la main heureuse quand j’avais 24 ans et que j’étais allé chercher à la Cité des Sciences de la Villette mon édition française de Scientific American : Pour la Science consacré à la lumière. (Hors-Série numéro 53)
Petite mise à jour : Alain Aspect a récemment publié un livre baptisé si « Einstein avait su » sur son travail au laboratoire d’ORSAY que je me suis procuré mais que je n’ai pas encore eu le temps de lire.
