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Des physiciens révèlent la toute première image de l’intrication quantique entre deux particules

image intrication
| Paul-Antoine Moreau et al. 2019

Parmi les nombreux phénomènes issus de la mécanique quantique, l’intrication quantique est certainement l’un des plus étranges. Lorsque deux particules sont intriquées, elles cessent d’être des objets à part entière pour devenir un seul et même système physique solidaire ; toute modification de l’une se répercute instantanément sur l’autre, peu importe la distance qui les sépare. Pour la première fois, des chercheurs de l’université de Glasgow ont fourni la toute première image d’une paire de photons intriquée , démontrant ainsi en image la violation des inégalités de Bell.

Cette photo particulière montre l’intrication entre deux photons — le boson de l’interaction électromagnétique. Paul-Antoine Moreau, auteur principal de l’étude, déclare que l’image est « une élégante démonstration d’une propriété fondamentale de la nature ». L’étude a été publiée dans la revue Science Advances.

Pour capturer ce phénomène, Moreau et une équipe de physiciens ont créé un système envoyant des flux de photons intriqués sur ce qu’ils ont décrit comme des « objets non conventionnels ». L’expérience consistait en fait à capturer quatre images de photons sous quatre transitions de phase différentes.

phases photons
Les chercheurs sont parvenus à imager l’intrication de paires de photons traversant des séries de transitions à quatre phases. Crédits : Paul-Antoine Moreau et al. 2019

Il s’agit en réalité d’une image composite de plusieurs images des photons qui traversent une série de transitions à quatre phases. Fondamentalement, les physiciens ont divisé les photons intriqués et ont envoyé un faisceau à travers un matériau à cristaux liquides connu sous le nom de β-borate de baryum, déclenchant des transitions à quatre phases. Au même moment, ils ont capturé des photos de la paire intriquée passant par les mêmes transitions de phase, même si elle n’avait pas traversé le cristal liquide.

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Schéma du protocol expérimental utilisé par les chercheurs. Le faisceau de photons intriqués provient d’en bas à gauche, la moitié de la paire intriquée se scinde à gauche et passe à travers les quatre filtres de phase. Les autres qui vont tout droit ne sont pas passés à travers les filtres, mais ont subi les mêmes changements de phase. Crédits : Paul-Antoine Moreau et al. 2019

La violation des inégalités de Bell en images

La caméra a été capable de capturer les images de ces différentes séquences d’événements au même moment, montrant que les deux photons avaient changé de la même manière malgré leur éloignement spatial.

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violation bell
Les physiciens obtiennent d’abord une image brute à partir du filtre à quatre phases (gauche). Puis, grâce à un traitement particulier (de-scanning), ils obtiennent une image plus nette de l’intrication, qui permet de confirmer la violation des inégalités de Bell. Crédits : Paul-Antoine Moreau et al. 2019

Le physicien John Stewart Bell a défini une série de conditions appelées les « inégalités de Bell ». Ces dernières caractérisent des relations que doivent respecter les mesures sur des états intriqués, dans le cadre d’une théorie déterministe locale à variables cachées. Démontrer l’intrication entre deux particules revient donc à violer ces inégalités.

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« Nous rapportons ici une expérience démontrant la violation d’une inégalité de Bell dans les images observées. Ce résultat ouvre la voie à de nouveaux schémas d’imagerie quantique… et suggère des perspectives prometteuses pour des schémas d’information quantique basés sur des variables spatiales » conclut l’équipe.

Sources : Science Advances

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