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L’intrication quantique est un phénomène bizarre et contre-intuitif qui explique comment deux particules subatomiques peuvent être intimement liées l’une à l’autre même si elles sont séparées par des milliards d’années-lumière d’espace. Malgré leur grande séparation, un changement induit dans l’un affectera l’autre.

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En 1964, le physicien John Bell a postulé que de tels changements peuvent être induits et se produire instantanément, même si les particules sont très éloignées. Le théorème de Bell est considéré comme une idée importante de la physique moderne, mais il entre en conflit avec d’autres principes de physique bien établis. Par exemple, Albert Einstein avait montré des années avant que Bell ne propose son théorème que l’information ne peut pas voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Perplexe, Einstein a décrit ce phénomène d’enchevêtrement comme une « action effrayante à distance ».

Comment tester l’intrication quantique

Pendant plus de 50 ans, des scientifiques du monde entier ont expérimenté le théorème de Bell mais n’ont jamais été en mesure de tester complètement la théorie. En 2015, cependant, trois groupes de recherche différents ont pu effectuer des tests de fond du théorème de Bell, et tous ont trouvé un soutien à l’idée de base.

Ce dessin animé aide à expliquer l’idée de particules intriquées. Alice et Bob représentent des détecteurs de photons, développés par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA et le National Institute of Standards and Technology. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech)

L’une de ces études a été dirigée par Krister Shalm, un physicien du National Institute of Standards and Technology (NIST) à Boulder, Colorado. Shalm et ses collègues ont utilisé des bandes métalliques spéciales refroidies à des températures cryogéniques, ce qui les rend supraconductrices, ce qui signifie qu’elles n’ont aucune résistance électrique. Un photon frappe le métal et le transforme en un conducteur électrique normal pendant une fraction de seconde, et les scientifiques peuvent voir cela se produire. Cette technique a permis aux chercheurs de voir comment, le cas échéant, leurs mesures d’un photon affectaient l’autre photon dans une paire intriquée.

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Les résultats, qui ont été publiés dans la revue Physical Review Letters, ont fortement soutenu le théorème de Bell. « Notre article et les deux autres publiés l’année dernière montrent que Bell avait raison : tout modèle du monde contenant des variables cachées doit également permettre aux particules intriquées de s’influencer les unes les autres à distance », co-auteur Francesco Marsili, de Jet Propulsion de la NASA. Laboratoire (JPL) de Pasadena, en Californie, a déclaré dans un communiqué.

A quoi sert l’intrication quantique ?

En plus de prouver le théorème de Bell, il existe également des applications pratiques à ce travail. Les « détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs » (SNSPD) utilisés dans cette expérience pourraient être utilisés en cryptographie et dans les communications dans l’espace lointain, ont déclaré des responsables de la NASA.

La mission Lunar Atmosphere Dust and Environment Explorer (LADEE) de la NASA, qui a orbité autour de la Lune d’octobre 2013 à avril 2014, a permis de démontrer une partie de ce potentiel de communication. La démonstration de communication laser lunaire de LADEE a utilisé des composants sur le vaisseau spatial et un récepteur au sol similaire aux SNSPD. L’expérience a montré qu’il pourrait être possible de construire des réseaux de communication laser sensibles qui permettraient de télécharger et de télécharger beaucoup plus de données vers des sondes spatiales lointaines, ont déclaré des responsables de la NASA.

Les expériences d’intrication quantique pourraient aider à développer de puissants ordinateurs quantiques qui pourraient être utilisés dans l’espace lointain. (Crédit image : Getty Images)

Dernières recherches sur l’intrication quantique

L’intrication quantique continue d’intriguer les chercheurs du monde entier.

En 2019, des chercheurs de l’Université de Glasgow ont publié la toute première photo d’intrication quantique, capturée avec un système sophistiqué de lasers et de cristaux.

Fin 2021, un groupe international de chercheurs a rapporté avoir soumis avec succès un tardigrade à un enchevêtrement quantique temporaire. Malgré des critiques critiques, l’équipe a déclaré que leur expérience représentait la première fois qu’un animal vivant était intriqué quantique.

Et en mars 2022, la NASA a annoncé qu’elle enverrait une expérience d’intrication quantique dans l’espace. L’expérience, appelée Space Entanglement and Annealing Quantum Experiment, ou SEAQUE, testera deux ordinateurs quantiques dans l’environnement hostile de l’espace.

Ressources supplémentaires

Pour une définition et une exploration plus approfondies de l’intrication quantique, consultez « Quantum Entanglement (The MIT Press Essential Knowledge series) » de Jed Brody (Knopf, 2008). Lisez les histoires fascinantes sur ce qu’était la vie au moment de la découverte de l’intrication quantique dans « The Age of Entanglement: When Quantum Physics Was Reborn » de Louisa Gilder (Deckle Edge, 2008). Ou, jetez un regard plus large sur la physique quantique dans son ensemble dans ce livre, « Quantum Physics for Beginners: From Wave Theory to Quantum Computing ». Comprendre comment tout fonctionne par une explication simplifiée des principes de la physique et de la mécanique quantiques » par Carl J. Pratt (publié indépendamment, 2021).

Bibliographie