L’intrication quantique a directement été observée à l’échelle macroscopique

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Lorsque deux systèmes quantiques sont intriqués, ils perdent toute individualité pour être décrits comme une seule et même entité. L’action effectuée sur l’un est immédiatement répercutée sur l’autre. Longtemps, les physiciens ont pensé que ce phénomène était intrinsèque aux échelles microscopiques. Mais récemment, pour la première fois, des chercheurs sont parvenus à réaliser une intrication macroscopique déterministe et à enregistrer correctement les mesures afférentes au système intriqué. Un résultat qui pourrait profiter au développement de futurs réseaux quantiques.

L’intrication quantique a été directement observée à l’échelle macroscopique ; une échelle beaucoup plus grande que les particules subatomiques normalement associées à l’intrication. Les dimensions impliquées sont encore très petites de notre point de vue — ces expériences impliquaient deux minuscules tambours en aluminium d’un cinquième de la largeur d’un cheveu humain. Mais dans le domaine de la physique quantique, elles sont énormes.

« Si vous analysez indépendamment les données de position et d’impulsion des deux tambours, ils ont tous l’air tout simplement chauds. Mais en les regardant ensemble, nous pouvons voir que ce qui ressemble à un mouvement aléatoire d’un tambour est fortement corrélé à l’autre, d’une manière qui n’est possible que par l’intrication quantique », déclare le physicien John Teufel, du National Institute of Standards and Technology (NIST).

Une intrication quantique à l’échelle macroscopique

Bien que rien n’affirme que l’intrication quantique ne peut pas se produire avec des objets macroscopiques, on pensait auparavant que les effets n’étaient pas perceptibles à des échelles plus grandes — ou peut-être que l’échelle macroscopique était régie par un autre ensemble de règles. Cette nouvelle recherche suggère que ce n’est pas le cas. En fait, les mêmes règles quantiques s’appliquent ici aussi, et peuvent également être observées.

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Photo des tambours utilisés par les chercheurs dans le protocole expérimental. © Shlomi Kotler et al. 2021

Les chercheurs ont fait vibrer les minuscules membranes du tambour à l’aide de photons micro-ondes et les ont maintenues dans un état synchronisé en termes de position et de vitesses. Pour éviter les interférences extérieures, un problème courant avec les états quantiques, les tambours ont été refroidis, intriqués et mesurés dans des étages séparés à l’intérieur d’une enceinte refroidie par cryogénie. Les états des tambours sont ensuite codés dans un champ micro-ondes réfléchi qui fonctionne de manière similaire au radar.

Des études antérieures ont également rendu compte de l’intrication quantique macroscopique, mais la nouvelle recherche va plus loin : toutes les mesures nécessaires ont été enregistrées plutôt que déduites, et l’intrication a été générée de manière déterministe et non aléatoire. Dans une série d’expériences connexes mais distinctes, des chercheurs travaillant également avec des tambours macroscopiques (ou oscillateurs) dans un état d’intrication quantique ont montré comment il est possible de mesurer la position et l’impulsion des deux membranes en même temps.

Contourner le principe d’indétermination d’Heisenberg

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« Dans notre travail, les tambours présentent un mouvement quantique collectif. Les tambours vibrent dans une phase opposée l’un à l’autre, de sorte que lorsque l’un d’eux est dans une position finale du cycle de vibration, l’autre est dans la position opposée en même temps », explique la physicienne Laure Mercier de Lepinay, de l’Université Aalto en Finlande.

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« Dans cette situation, l’incertitude quantique du mouvement des tambours est annulée si les deux tambours sont traités comme une seule entité quantique ». Ce qui est intéressant, c’est qu’il contourne le principe d’indétermination d’Heisenberg — l’idée que la position et la quantité de mouvement ne peuvent pas être parfaitement mesurés simultanément. Le principe stipule que l’enregistrement de l’une ou l’autre mesure interférera avec l’autre grâce à un processus appelé action de retour quantique.

En plus de soutenir l’autre étude dans la démonstration de l’intrication quantique macroscopique, cette recherche particulière utilise l’intrication pour éviter une action de retour quantique. L’une des applications futures potentielles des deux ensembles de découvertes est dans les réseaux quantiques : être capable de manipuler et d’intriquer des objets à une échelle macroscopique afin qu’ils puissent alimenter les réseaux de communication de nouvelle génération.

Sources : Science (1 et 2)

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