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Le monde quantique peut être piraté

05/12/2021 à 08:00 CEST

Une nouvelle recherche a obtenu la première preuve directe que l’intrication quantique peut être reproduite dans des objets macroscopiques et a également prouvé qu’il est possible de pirater le principe d’incertitude qui régit l’univers des particules élémentaires.

Si la mécanique quantique, qui décrit le monde subatomique, est également valable pour les objets physiques ordinaires, les effets quantiques sur le monde des objets macroscopiques sont en pratique imperceptibles: on ne sait pas très bien si en raison de nos limites technologiques, ou parce que nous les appartiennent à une autre dimension physique.

Par exemple, la dualité onde-particule, un phénomène quantique qui permet aux particules de se comporter indistinctement comme des ondes et des particules, ne peut pas se manifester dans le monde physique ordinaire: au niveau macroscopique, les objets ont une identité matérielle unique et indubitable.

Cependant, dans certaines expériences isolées et contrôlées, les processus quantiques peuvent être considérés comme faisant partie d’objets plus grands que les atomes.

Les chercheurs finlandais ont fait deux progrès significatifs à cet égard: d’une part, ils ont reproduit l’intrication quantique dans des objets macroscopiques d’au moins un billion d’atomes chacun.

D’un autre côté, ils ont découvert qu’il était possible de pirater le principe d’incertitude dont les particules élémentaires ne peuvent pas se débarrasser.

L’intrication est l’un des phénomènes quantiques les plus surprenants: deux particules élémentaires peuvent être si unies l’une à l’autre, que toute modification que l’une d’elles subit est instantanément enregistrée dans l’autre, même si elle se trouve à l’autre bout du monde.

Enchevêtrement de macro

Enchevêtrement de macroBien que ce ne soit pas la première fois que l’intrication quantique est observée à une échelle macroscopique, cette recherche est allée beaucoup plus loin que les précédentes: elle confirme que l’intrication se produit automatiquement et non au hasard entre des objets macroscopiques.

Ils l’ont observé dans deux petits fûts en aluminium qui font un cinquième de la largeur d’un cheveu humain, une très petite dimension pour nous, mais énorme à l’échelle quantique.

Ils ont apprécié que le mouvement aléatoire de l’un des tambours soit totalement lié au battement de l’autre tambour, ce qui ne se produit que dans le monde quantique.

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Incertitude relative

Incertitude relativeDe plus, cette recherche a également permis de vérifier quelque chose d’inhabituel: le principe d’incertitude, selon lequel, en raison de la dualité onde-particule, il est impossible de connaître à la fois la position et la vitesse d’une particule, peut être contourné.

Il a découvert que la position et la vitesse de chaque petit tambour vibrant peuvent être connues en même temps car aucune de ces mesures n’interfère avec l’autre. Pour ce faire, ils ont utilisé la mécanique quantique pour pirater la mécanique quantique, explique Nature.

«Dans notre travail, les tambours présentent un mouvement quantique collectif», explique la physicienne Laure Mercier de Lepinay, de l’Université Aalto en Finlande, dans un communiqué.

Et il ajoute: “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.”

L’essentiel est que l’incertitude quantique du mouvement du tambour s’annule si les deux tambours sont traités comme une entité de mécanique quantique, note Mercier.

De nouvelles opportunités

De nouvelles opportunitésLes deux découvertes ouvrent des opportunités surprenantes pour les réseaux quantiques, car ils pourront utiliser l’intrication quantique à l’échelle microscopique pour alimenter les systèmes de communication.

Ils pourraient également aider à construire des appareils de mesure de sensibilité sans précédent, ainsi que des ordinateurs quantiques capables d’effectuer certains calculs hors de portée de tout ordinateur ordinaire.

Enfin, ils nous montrent que nous construisons une tour de guet inhabituelle: elle nous permet, avec une clarté croissante, d’observer les phénomènes quantiques qui se cachent derrière la physique classique.

Bien que nous l’oublions souvent, tout l’univers macroscopique, régi par des lois physiques inviolables, est composé d’ondes et de particules quantiques qui suivent d’autres lois paradoxales.

Maintenant, nous remarquons que les deux univers, inconciliables pour nous, sont beaucoup plus unis que nous n’aurions pu l’imaginer: le quantum peut être vu à une échelle macroscopique et nous révèle que les lois quantiques ne sont pas aussi incassables que celles de la physique classique.

Référence

RéférenceObservation directe de l’intrication macroscopique déterministe. Shlomi Kotler et al- Science 07 mai 2021: Vol. 372, numéro 6542, p. 622-625.DOI: 10.1126 / science.abf2998

Photo du haut: Les deux petits tambours en aluminium (macroscopiques) présentent un mouvement quantique collectif. Image: Juha Juvonen.

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