L’intrication quantique

1. Propos introductif

Deux grands principes sont utilisés en informatique quantique, comme nous le verrons dans les sections à venir. En l’occurrence, ce sont la superposition quantique - que l’on a déjà vue - et l’intrication quantique ou enchevêtrement quantique, qui est l’objet du présent chapitre. Sans doute que ce second concept est moins présent dans la culture populaire que la superposition quantique. En effet, on ne compte plus les mentions plus ou moins discrètes au paradoxe du chat de Schrödinger dans des séries comme The Big Bang Theory ou Futurama. Toutefois, l’intrication n’est pas totalement en reste. On peut ainsi remarquer que dans le film Ant-Man et la Guêpe, sorti en 2018, le « lien » quantique qui relie Janet van Dyne (l’ancienne guêpe), piégée depuis trente ans dans l’espace subatomique, et Scott Lang (l’homme fourmi) est expliqué par l’enchevêtrement quantique.

De quoi s’agit-il en quelques mots ? Il s’agit d’un phénomène qui lie deux particules, potentiellement très éloignées l’une de l’autre, leurs états respectifs étant liés. On parle alors d’états intriqués...

1. Explications du paradoxe EPR

Comme nous l’avons vu précédemment, Albert Einstein n’était pas un inconditionnel de l’interprétation par le hasard fondamental de la mécanique quantique. Au contraire de Niels Bohr et son interprétation de Copenhague, Albert Einstein plaidait pour l’existence de variables cachées. Quelques années après le congrès Solvay de 1927, en 1935, Albert Einstein publie un article co-écrit avec les physiciens américains Boris Podolsky (1896 -1966) et Nathan Rosen (1909 - 1995) intitulé « La description de la réalité physique par la mécanique quantique peut-elle être considérée comme complète ? » Cet article présente le paradoxe EPR baptisé ainsi selon l’initiale du nom de famille de chacun des co-auteurs (Einstein-Podolsky-Rosen).

Ce dernier peut schématiquement s’énoncer ainsi :

1. Explications de la théorie de Bell

La théorie de Bell connue également comme étant les inégalités de Bell date de novembre 1964 soit donc une trentaine d’années après la publication du paradoxe EPR. John Stewart Bell (1928 - 1990) publie alors un article intitulé « Sur le paradoxe Einstein Podolsky et Rosen ». Dans celui-ci, il explique que la corrélation entre deux particules - c’est-à-dire l’intrication quantique - s’accompagne forcément par le viol de certaines inégalités dites de Bell. Exprimé autrement, la mesure des états quantiques, compte tenu des lois de la physique quantique, est compatible avec la théorique quantique à condition que les inégalités de Bell soient violées.

Si expérimentalement on parvient à observer une intrication qui par ailleurs viole les inégalités de Bell, alors cela démontrerait l’inexistence de variables cachées. En fait, la théorie de Bell peut permettre un arbitrage entre Albert Einstein et Niels Bohr et plus généralement entre l’hypothèse des variables cachées et celle du hasard fondamental.

L’expérimentation des inégalités de Bell fait l’objet de la suite du présent chapitre.

2. Intérêt...