Mise
à jour : 24 Mars 2023
CONFÉRENCE d’Olivier LAURENT
Astrophysicien
« L’INTRICATION
QUANTIQUE »
Organisée par la SAF
En direct du siège et par téléconférence
Le Samedi 11 Mars 2023 à 15H00
À l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie
Photos : JPM pour l'ambiance (les photos avec
plus de résolution peuvent
m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation
de l'auteur. Voir les crédits des
autres photos et des animations.
Le conférencier a eu la gentillesse de nous
donner sa présentation, elle est disponible sur
ma liaison ftp et
se nomme :
L'intrication quantique - SAF.pdf,
qui se trouve dans le dossier
COSMOLOGIE-SAF/ saison 2022-2023.
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant.
Elle est aussi sur le
site
de la commission.
Les actualités
présentées
sont ici.
La vidéo se trouve ICI. Dans quelques jours,
le temps d’effectuer le montage.
Les enregistrements des commissions cosmologie
sont sur le site de la SAF/Cosmologie à l’adresse suivante :
https://www.youtube.com/playlist?list=PL78ug7UrzPF1GW7iMV42mAx34bmlk8HxD
Nous étions 22 dans la salle et 33 sur zoom.
Merci
à Thierry Midavaine de nous avoir fait parvenir cette photo d’une partie des
zoomers !
Le thème étant relativement compliqué et le
diaporama for clair, je vais faire le minimum en compte rendu.
Le sujet de l’intrication quantique m’est venu
après le prix Nobel de physique concernant notamment Alain Aspect, aussi ai-je
demander à Olivier Laurent de nous en parler.
Tout commence par
une
discussion
entre Albert Einstein et Niels Bohr (Dr de l’Institut de Physique Danois à
Copenhague) sur la mécanique quantique (MQ).
Ils discutèrent de nombreuses fois sur
l’esprit de la MQ et s’opposèrent de façon permanente.
Leurs interprétations de l’aspect probabiliste
de la MQ était différente.
Einstein pensait que cet aspect probabiliste
impliquait un état non fini de cette théorie. C’est à cette occasion qu’Einstein
prononce cette célèbre phrase « Dieu ne joue pas aux dés ».
Quant à Bohr, au contraire, pour lui, le
caractère probabiliste était le fondement même de cette théorie.
Différentes expériences ont eu lieu plus tard
qui menèrent à l « victoire » de Bohr.
C’est ce que l’on va appeler
l’interprétation de
Copenhague.
Le
principe de localité.
En physique, le principe de localité exprime
le fait qu’un objet n’est influencé que par son environnement proche.
Une théorie qui inclut le principe de localité
est dite une "théorie locale".
La MQ est une théorie non locale ! On verra
que c’est la base de l’intrication quantique.
La non-localité quantique ne permet pas une
communication plus rapide que la lumière et est donc compatible avec la
relativité restreinte et sa limite de vitesse universelle des objets
Le
principe de causalité.
Étant
donnée la vitesse finie de la lumière, celle-ci décrit un cône dans
l'espace-temps : le cône de lumière.
Le cône de lumière crée la distinction entre
passé et futur.
Le point central de départ, c'est le présent.
L'événement situé au centre n'atteindra notre
observateur que lorsque le cône de lumière sera à sa portée.
Tout ce qui est à l'extérieur du cône est hors
de portée de l'observateur, à l'intérieur, ce qui se déplace moins vite que la
lumière est dans le cône, le cône lui-même correspondant à la vitesse limite
(=c).
En
physique, le principe de causalité affirme que si un phénomène (la cause)
produit un autre phénomène (l’effet), alors la cause précède l'effet (ordre
temporel).
En relativité, la causalité signifie qu'un
effet ne peut pas se produire à partir d'une cause qui n'est pas dans le cône de
lumière passé de cet événement. De même, une cause ne peut pas avoir d'effet en
dehors de son cône de lumière futur.
Il est pensable que certaines interprétations
violent le principe de causalité, par exemple l’expérience du chat de
Schrödinger. Le chat est dans une superposition d’états, son futur ne semble pas
dépendre ici de son passé.
C’est l’acte d’observation (la mesure) qui
« force » la particule à se localiser à un endroit très précis. Juste avant
l’observation la particule n’est localisée.
État quantique. (d’après ppt d’Olivier) (boule
à l’intérieur ou à l’extérieur de la boite)
La superposition quantique est un état
quantique pure
composé de 2 états de base
(il est à la fois avec l’état |0> à 50% + |1>
à 50%).
État quantique intriqué.
En appliquant le principe de superposition à
un système composé de plusieurs objets pouvant chacun se trouver dans plusieurs
états possibles, on peut aboutir à des états quantiques très étranges appelés
états intriqués.
Dans l’exemple ci-contre le système est
constitué d’une boule bleue et d’une boule rouge pouvant chacune être à
l’extérieur (0) ou à l’intérieur (1) de la boite.
Un état est dit intriqué (entangled en
anglais) au sens de la MQ s’il n’est pas séparable, c’est-à-dire si les deux
particules forment UN SEUL objet quantique, même si éloignés spatialement.
L’article EPR (Einstein, Podolsky et Rosen), article fondateur du paradoxe.
Ces trois personnages en 1935 proposent une
expérience de pensée (qui est devenue l’expérience EPR).
Pour Einstein ces paires de particules
intriquées, sur lesquelles une mesure sur l’une induit une propriété immédiate
sur l’autre.
Cette violation de la vitesse de la lumière
choque Einstein, il imagine qu’il y a des variables « cachées » pour expliquer
ce phénomène. Elles auraient été « traitées » au moment de l’interaction
initiale.
Bohr est évidemment d’un autre avis. Et c’est
lui qui va avoir raison.
L’expérience EPR : (tirée du slide d’Olivier)
On
fabrique 2 particules intriquées et chacune est dans 2 états superposés (50%
spin haut + 50% spin bas) et la somme des spins des 2 particules doit être nulle
(si une particule a un spin haut, l’autre doit avoir un bas).
On les éloigne et Alice fait une mesure du
spin sur une des 2 particules.
Sa mesure donne un spin haut, alors elle est
certaine que l’autre particule présenterait un spin bas si Bob devait mesurer
son spin même si Bob est éloigné d’Alice à des années-lumière et qu’à la vitesse
de la lumière l’information sur le spin haut d’Alice n’a pas pu venir jusqu’à
Bob quand celui-ci fait l’observation.
Contrairement à ce que pourrait penser
Einstein, ces deux particules doivent être vues comme un système unique
intriqué.
Expérience de Bell et inégalités de Bell.
John Bell, physicien théoricien travaillant au
CERN, mit au point des inégalités qui devraient démontrer par l’expérience qui
de Bohr ou d’Einstein avait raison.
Ces expériences (voir le détail dans la
présentation d’Olivier), notamment celles de John Clauser puis d’Alain Aspect,
montrèrent que Bohr avait raison.
Il n’y avait pas de variables cachées !
Les
trois prix Nobel de physique 2022.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Un débat entre
Bohr et Einstein enfin tranché
Le combat du
siècle : Einstein face à Bohr
Le débat
Bohr-Einstein et l’intrication quantique à l’épreuve de l’expérience
L’Univers n’est
pas localement réel : une découverte récompensée par le prix Nobel de Physique
2022
L'intrication
quantique
à voir la vidéo qui va avec
Les inégalités de
Bell et les expériences d’Alain Aspect
À quoi sert
l'intrication quantique?
L’intrication
quantique confirmée par une expérience de Bell sans faille
How entanglement has become a powerful tool
Téléportation
quantique : On progresse, atome par atome….
PROCHAINE RÉUNION
COSMOLOGIE : Samedi 13 MAI
2023 15H AU SIÈGE
David SMITH
Physicien des particules Centre Nucléaire de
Bordeaux:
CAPTER
DES ONDES GRAVITATIONNELLES AVEC DES PULSARS:
En
visioconférence depuis Bordeaux…
Résumé : Les pulsars sont les meilleures horloges naturelles connues parce que
les étoiles à neutrons, très compactes, tournent très régulièrement. Les
faisceaux qu'émettent certaines étoiles à neutrons balaient la Terre de façon
prévisible à mieux d'une microseconde.
Les
temps d'arrivée des pulsations sont légèrement perturbées quand des ondes
gravitationnelles traversent la Terre.
Des
radio télescopes mesurent, et le télescope spatial de rayons gamma Fermi
contraint,
les
déformations d'espace-temps induites par des paires de trous noirs supermassifs
au cœur de galaxies lointaines.
PROCHAINE CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF :
Prochaine conférence SAF devant public :
Le mercredi 12 Avril (CNAM amphi Grégoire) 19 H
Thierry Legault astrophotographe, sur « L’astrophotographie pour les nuls ! ».
Réservation comme d’habitude ou
à la SAF directement.
La suivante : le 10 Mai : Brigitte Alix sur « Astrolabe et Astronomie »
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Les conférences seront retransmises en
direct sur YouTube.
Bon ciel à tous
Jean Pierre
Martin
Président de la commission de cosmologie de la SAF
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