Selon les résultats d’une nouvelle expérience (réelle) menée par des chercheurs, inspirée de l’expérience de pensée développée par le célèbre physicien Erwin Schrödinger, le chat serait non seulement à la fois vivant et mort, mais également à deux endroits différents en même temps. Le résultat a été obtenu en manipulant le spin des photons de deux ondes électromagnétiques qui se propagent dans deux cavités distinctes.
Le chat de Schrödinger est non seulement à la fois vivant et mort, mais il peut se trouver également en même temps dans deux boîtes différentes : ainsi pourrait être résumé le résultat de l’expérience en question. En citant le fameux paradoxe exposé par le physicien autrichien Erwin Schrödinger, l’un des pères fondateurs de la mécanique quantique, qui fit part de cette réflexion dans une lettre destinée à son collègue Albert Einstein. L’étude a été publiée dans Sciencemag par Chen Wang et ses collègues de l’Université Yale, située à New Haven dans le Connecticut.
Un état de superposition quantique
Les chercheurs ont obtenu un état de superposition quantique pour des champs électromagnétiques envoyés dans différentes cavités disposées à une certaine distance les unes des autres.
Pour comprendre ce résultat, il est nécessaire de revenir brièvement sur le sens du paradoxe du chat de Schrödinger. Le grand physicien a imaginé à l’époque un appareil expérimental étrange composé d’une boîte scellée dans laquelle il y aurait une petite quantité de matière radioactive, un compteur Geiger (un détecteur de particules capable de signaler la désintégration de la matière radioactive), une fiole de cyanure (substance très nocive et mortelle) et pour finir, un chat…
Après un certain laps de temps, la matière radioactive pourrait se désintégrer ou pas, et ce de façon aléatoire. Dans le cas d’une désintégration, il libérerait une particule radioactive qui serait alors détectée par le compteur Geiger (ou pas s’il advenait une erreur de mesure due à la fiabilité de l’appareil utilisé). Le compteur à son tour enverrait donc un signal qui, par l’intermédiaire d’un dispositif approprié, provoquerait la rupture du flacon de cyanure, tuant ainsi le chat.
Maintenant, si le système microscopique de la matière radioactive peut exister dans deux états distincts, soit dans notre cas en état de « désintégration » ou de « non désintégration », alors la mécanique quantique prévoit que ces états en question peuvent exister de manière superposée, c’est à dire que l’état en question serait en réalité une superposition des deux états distincts initiaux. Dans un tel système, seul une mesure effectuée par un observateur provoquerait « l’effondrement » du système, éliminant ainsi le cas de superposition pour ne relever qu’un seul état.
Le paradoxe réside dans le fait que le dispositif expérimental mis au point par Schrödinger relie directement les états du système microscopique à ceux du système macroscopique, soit le chat. Cela implique que le principe de superposition valable pour un micro-système est reporté à l’échelle macroscopique : le chat se situe dans une superposition des états « vivant » et « mort ». En d’autres termes, tant que personne n’ouvre la boîte afin de regarder à l’intérieur (une action qui est l’équivalent d’une mesure), le chat est théoriquement à la fois vivant et mort. Complexe n’est-ce pas ? Oui chers gens, il s’agit de physique quantique, une branche de la physique où peu de choses sont déductibles de manière instinctive.
Cette expérience de pensée montre à quel point l’expérience humaine peut être éloignée des phénomènes quantiques. Pourtant, les chercheurs ont appris à contrôler les systèmes microscopiques individuels, ce qui pourrait ouvrir la voie à de nouvelles technologies exploitables au développement d’ordinateurs quantiques, des ordinateurs aux capacités de calcul extrêmes, bien supérieures à n’importe quel système informatique commun.
Des applications réelles : les super-ordinateurs quantiques
Une des méthodes de réalisation consiste à remplacer les « bits », unités d’information binaires (qui peuvent prendre les valeurs 0 ou 1) par des « qubits » (bits quantiques) codés par des microsystèmes individuels, comme par exemple par le spin des photons, les quantas de lumière ou de particules. Pour mieux comprendre, le spin peut être imaginé comme étant la rotation d’une particule autour de son propre axe, qui est donc capable de prendre des valeurs différentes en fonction du sens de rotation.
Parmi les systèmes les plus prometteurs dans ce domaine il y a ce qu’on appelle les « états chat » (cat state en anglais). Ces états prévoient une superposition quantique de deux ensembles formés chacun de nombreux qubits de valeur opposée : par exemple, un ensemble composé uniquement de 0 et un autre ensemble composé uniquement de 1. Dans ce cas, il ne s’agit en réalité pas d’états macroscopiques, mais plutôt d’états « mésoscopiques » : c’est à dire qui font l’objet d’une superposition de deux états opposés. Ces états sont nommés ainsi car ils représentent ce qu’il y a de plus proche des états « vivant et mort » issus de l’expérience de pensée du chat de Schrödinger.
Un autre type « d’états chat » est celui formé par les ondes électromagnétiques utilisées dans l’étude de Chang et ses collègues qui ont produit dans des cavités séparées, deux ensembles de photons (jusqu’à 80 photons) caractérisés par des spins en rotation inverse se situant soit tout en haut soit tout en bas. Les deux ensembles présentaient des états quantiques se chevauchant les uns les autres (donc des états superposés qui de plus, se superposent à leur tour les uns les autres). Ceci permet donc de révéler un système similaire à celui de l’expérience du chat de Schrödinger mais cette fois-ci, le chat serait non seulement à la fois vivant et mort, mais également situé dans deux boîtes séparées, représentées dans cette étude par les cavités distinctes.
