Un nouveau pas important vers l'ordinateur quantique...

**RSSBot** · 10/05/2006 - 07h45

Une équipe Autrichienne vient de vérifier expérimentalement la propriété fondamentale sur laquelle reposent tous les espoirs de l'ordinateur quantique et des réseaux de communications quantiques. Deux photons qui n'ont aucune histoire commune, et qui ne se sont jamais vus auparavant, ont pourtant interféré entre eux comme le prévoit la mécanique quantique.

<<Rappel des faits>>

Les communications...

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moijdikssékool · 10/05/2006 - 11h50

pourquoi disent-ils que les photons se comportent comme s'ils avaient communiqués l'un avec l'autre? Pourquoi ne pourrait-on pas dire que les photons ont un comportement déterministe, en le sens qu'ils se réfléchiraient si le temps est pair, et traverseraient le miroir si le temps est impair? (quand je parle de temps pair, je dis que les secondes, au moment où le photon heurte le miroir, sont un nombre pair. Bien sûr la seconde n'est pas la plus petite unité de temps et comme cette dernière est trop petite, ce que je dis est invérifiable et parler de déterminisme lorsque celui-ci n'est pas métrisable paraît déplacer...)

moijdikssékool · 11/05/2006 - 11h13

autant pour moi, j'avais compris que les photons observaient le même comportement, alors qu'en fait lorsque l'un est réfléchi, l'autre traverse et vice versa (c'est bien ça?)
ceci dit, comme les hotons ne discutent pas entre eux, on peut quand même conclure à un comportement déterministe, sans doute de manière un peu plus compliqué que ce que j'ai raconté

bristolive · 13/05/2006 - 13h09

Salut moijdikssékool

Oui quand l'un est transmis l'autre est toujours reflechi + vice et versa.

Non tu ne peux pas conclure a un comportement deterministe car:
- premierement on a verifié qu'un photon unique en arrivant sur un miroir semi-reflechissant avait un comportement purement probabiliste. Tu peux essayer de tracer la probabilité d'avoir le photon transmis ou reflechi en fonction du temps (ou de tout ce que tu veux) tu obtiendras toujours une fonction plate et constate à 50%.
- deuxiemement on a aussi verifié que les deux photons en arrivant sur un miroir semi-reflechissant avaient aussi un comportement purement probabiliste concernant la direction qu'ils prenaient (je parle vers le haut ou le bas sur le schema 1). Trace la proba d'avoir un clic dans le detecteur du haut en fonction de ce que tu veux tu retrouveras une courbe plate à 50%. Il n'y a que quand tu regardes les coincidences entre les deux detecteurs que tu observes une interference.

Un autre effet interessant qui n'est pas expliqué c'est que la largeur du trou est directement reliée à la "taille" du photon (plus exactement son temps de coherence) et il faut comprendre a partir de la courbe que quand un des photons est en retard (temporellement) par rapport a l'autre au point où ils ne se voit plus (en imaginant qu'ils ne voient pas plus loin que leur temps de coherence) chacun recupere un comportment probabiliste personnel qui te fait apparaitre les flancs stables de la courbe du schema 2.

Il manque sur le graphe l'abscisse qui est un delai en picosecondes d'un photon par rapport a l'autre.

j'espere que cela repond a tes interrogations

olivier

moijdikssékool · 13/05/2006 - 15h58

Non tu ne peux pas conclure a un comportement deterministe car:
- premierement on a verifié qu'un photon unique en arrivant sur un miroir semi-reflechissant avait un comportement purement probabiliste. Tu peux essayer de tracer la probabilité d'avoir le photon transmis ou reflechi en fonction du temps (ou de tout ce que tu veux) tu obtiendras toujours une fonction plate et constate à 50%

un peu comme si quelqu'un avait 2 maisons et qu'il y habiterait les 2 de manière équilibrée

dans notre cas, c'est comme cet personne était accompagné et qu'ils vont toujours dans la même maison, à la différence près que nos 2 personnes ne communiquent pas entre elles. Et alors on se demande comment se fait-il qu'ils se retrouvent au même endroit sans s'y donner rendez-vous, et ce toujours en vérifiant l'équilibre d'habitation des 2 endroits

C'est pourquoi je suppute que s'il n'y a pas de communication interne, il y a une communication externe qui 'gère' le mouvement des photons (j'ai parlé de temps pair/impair, de manière simpliste, mais on peut penser à une équation faisant intervenir le temps). Un peu comme si nos 2 individus respectaient un planning (les jours pairs, ils se retrouvent dans une maison, les jours impairs dans l'autre)

avant on avait une équation (un seul photon) avec beaucoup d'inconnues et l'on a conclut à un comportement quantique (du fait des multiples interactions entre le photon et le miroir qui amène le premier à traverser le 2ème avec une proba de 50%. La preuve, on a pris, pour cette expérience, un miroir réfléchissant à 50%)
Ensuite, on fait intervenir un 2ème photon. Or les observations auraient du être:
les 2 photons tapent du haut avec une proba de 25%
le photon du bas tape le détecteur du haut et vice versa avec une proba de 25%
le photon du bas tape le détecteur du bas et le photon du haut tape le détecteur du haut avec une proba de 25%
les 2 tapent en bas avec une proba de 25%

l'expérience montre donc que les photons n'ont pas un comportement purement probabiliste, et qu'il faudrait conclure à (ou inclure au moins) un comportement déterministe

bristolive · 14/05/2006 - 07h45

Huummm

comment dire....Pour reprendre tes termes (attention dans ce cas on atteint vite les limites du modele) , je dirais plutot: imagine que ce soit un garcon et une fille (heterosexuel et avec une tendance pour le sexe facile) qui se rencontrent a mi-chemin des deux maisons. Naturellement ils vont etre attirés l'un vers l'autre et bien que leur choix d'aller dans une maison (pour assouvir leur besoin) ou l'autre est completement aleatoire, ils iront toujours ensemble... Au contraire ca aurait ete deux garcons qui se rencontrent chacun aurait pris sa decision dans son coin et comme tu le dis :
"les 2 garcons tapent en haut avec une proba de 25%
le garcon du bas tape le détecteur du haut et vice versa avec une proba de 25%
le garcon du bas tape le détecteur du bas et le photon du haut tape le détecteur du haut avec une proba de 25%
les 2 tapent en bas avec une proba de 25%"

Il n'y a pas de communications interne ou externe, c'est juste ecrit dans nos genes que a l'approche d'une fille le garcon a tendance (et vice et versa) a aller se coller a elle.

Donc le comportement du couple (comme un tout) est donc probabiliste (personne ne peux prevoir avant qu'ils y soient dans quelle maison ils vont aller) tandis que le comportement du garcon ou de la fille comme des objets distincts ne sont plus probabilistes vis a vis de l'autre.

C'est le meme concept pour les photons qui sont des particules "bosoniques" (opposé de fermionique=electron) c'est a dire qui ont une tendance a se coller par paire qd ils rencontrent une particule identique.

Dans l'absolu ce qui nous fait dire "probabiliste" c'est qu'il n'y a AUCUN moyen de savoir en avance vers quel detecteur la paire de photons va se diriger.

En realité ce processus fonctionne pour deux photons identiques et dans ce cas apres avoir s'etre mélangé sur un miroir semi-reflechissant il faut considerer la paire comme un tout et on ne peut plus considerer les photons uniques comme entités propres.

Plus precisement, pour reprendre ta decomposition en proba:
"les 2 photons tapent du haut avec une proba de 25%
le photon du bas tape le détecteur du haut et vice versa avec une proba de 25%
le photon du bas tape le détecteur du bas et le photon du haut tape le détecteur du haut avec une proba de 25%
les 2 tapent en bas avec une proba de 25%"
nous expliquons mathematiquement ce phenomene en montrant que les deux cas du milieu de ta decomposition sont indiscernables (en effet, si les photons sont parfaitement identiques tu n'as aucun moyen de savoir d'où provient celui que tu regardes) et interferent destructivement entre eux. Alors seuls les cas " 2 photons tapent le detecteur du haut et les 2 tapent en bas" peuvent exister.

En resume, le photon unique a un comportement probabiliste sur un miroir 50%.

Deux photons identiques qui arrivent simultanément sur un miroir 50% doivent etre considérés comme une paire et la paire a un comportment probabiliste.

moijdikssékool · 14/05/2006 - 09h37

Dans l'absolu ce qui nous fait dire "probabiliste" c'est qu'il n'y a AUCUN moyen de savoir en avance vers quel detecteur la paire de photons va se diriger

disons que je voies les choses ainsi: s'il existait une équation qui gère le mouvement d'un seul photon au contact du miroir, on ne la connaît en tout cas pas et on conclut à un mouvement probabiliste. Que le résultat soit probabiliste ou qu'il nous est impossible de connaître l'équation qui régisse le mouvement du photon à la traversée du miroir, cela revient strictement au même. Bref cette expérience ne peut pas prouver qu'il existe une équation déterministe du mouvement du photon
Le fait de faire intervenir une paire (et d'observer un résultat non probabiliste de chaque élément de la paire) nous fait éliminer quelques inconnues de l'équation de mouvement d'un photon. Mais à mon sens, cette expérience prouve que cette équation existe. Enfin, si je mets de côté ta remarque:

C'est le meme concept pour les photons qui sont des particules "bosoniques" (opposé de fermionique=electron) c'est a dire qui ont une tendance a se coller par paire qd ils rencontrent une particule identique

il y aurait donc une 'communication' interne au moment de leur approche. Ceci dit, quid de l'épaisseur du miroir? Si la fille est séparée du garcon par une porte et qu'ils n'ont ni planning ni aucun moyen de communiquer au travers de la porte, je vois très mal comment ils peuvent toujours se rejoindre dans la même maison

bristolive · 14/05/2006 - 11h20

ahh tu souleves là l'eternelle question qui divise la mecanique quantique. Tu appartiens au "clan des Eintein" qui soutient qu'il existe des variables cachées que nous ne maitrisons pas et qui nous font croire a un comportement probabiliste, la mecanique quantique serait une theorie non-complete. L'autre clan dit "des Bohr" soutien que la mecanique quantique est une théorie complete et s'accomode de ce comportement probabiliste.

Bien qu'il existe des moyen expérimentaux (qui ont été fait) qui prouvent sans equivoques que la mecanique quantique est complete (inegalités de Bell), il y a toujours une partie des scientifiques qui s'appuyent sur des failles de ces experiences pour continuer de soutenir la théorie des variables cachées... Pour l'instant le débat n'est pas clos. je n'ai donc pas la reponse pour t'obliger a me croire que la mecanique quantique est complete et s'accomode de comportement probabiliste.

Cette experience prouve selon moi que tu ne peux plus considerer la paire de photons comme deux entités propres mais comme un seul tout et c'est ce qui definit la force de "l'intrication" sur laquelle est basé le protocole de teleportation par exemple. En effet, quelque soit la distance qui separe ces deux photons de la paire ils continuent a evoluer comme un tout. Dans mon cas, je considere que la paire devient un nouvelle objet quantique dont le comportement est probabiliste.

Pour ta derniere remarque : l'epaisseur du miroir ne change rien tant qu'il est semi-reflechissant. il faut bien comprendre qu'un miroir est infiniment fin, il s'agit juste du changement d'indice d'un milieu a l'autre (lois de descartes) ton exemple impliquerait de choisir deux miroirs semi reflechissant distants d'un autre. dans ce cas en effet ca ne marche plus.

Dans ton exemple une porte signifierait que le miroir est entierement reflechissant et que les deux photons ne se voient pas. Mais tu peux placer un bout de verre aussi epais que tu veux tant que le garcon et la fille se voient un petit peu ils essayeront tout (faire le tour, casser le miroir...) pour aller coucher ensemble dans une maison ou l'autre...

Si ca ne repond pas proprement a tes questions, essaye #####, je suis pas connecte tout le temps mais si on arrive a se choper on peut discuter par microphone de vive voix et ce sera sans doute plus simple

olivier

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moijdikssékool · 14/05/2006 - 12h05

l'epaisseur du miroir ne change rien tant qu'il est semi-reflechissant. il faut bien comprendre qu'un miroir est infiniment fin, il s'agit juste du changement d'indice d'un milieu a l'autre

les photons n'évoluent pas dans des milieux différents (j'imagine que les expériences se font sous vide) et pourquoi le miroir dont ils parlent n'aurait-il alors pas une certaine épaisseur?

Dans ton exemple une porte signifierait que le miroir est entierement reflechissant et que les deux photons ne se voient pas. Mais tu peux placer un bout de verre aussi epais que tu veux tant que le garcon et la fille se voient un petit peu ils essayeront tout (faire le tour, casser le miroir...) pour aller coucher ensemble dans une maison ou l'autre...

mouais bon disons que la porte ne peut être ouverte... par les 2 enfants qui se trouvent chacun de l'autre côté et que lorsque l'un l'ouvre, l'autre se la prend dans la face et 'rebondit'

et à partir de quelle distance entre les photons peut-on considérer une paire quantique? seulement s'ils se confondent exactement? Comment se voient-ils?

bristolive · 14/05/2006 - 17h09

euhhhh

les experiences se font a l'air libre tout simplement.

Il est extremement important que spatialement les deux chemins part lesquels arrivent les photons convergent exactement vers le meme point et que les chemins de sorties soient aussi parfaitement identiques. Dans notre cas il est important que l'interface soit la plus fine possible (experimentalement elle est infiniment fine car delimitée par le changement d'indice de l'air et la surface du miroir semi-reflechissant)

Avec l'enfant qui ouvre et ferme la porte tu touches la limite des modeles photon/humain (je t'avais prevenu c'est assez leger comme modele). C'est justement ce qui fait tout le charme des particules quantiques!!!

C'est pas si facile que ca de creer une "vraie" paire de photon qui se comporte comme une seule entité, c'est d'ailleurs ce qui rend l'experience des autrichiens si dure a realiser. Mais disons que pour melanger deux photons au point de les transformer en paire cela requiert des conditions tres severes sur le recouvrement spatial des deux photons au niveau de l'interface (ca se joue au nm pres). Par contre une fois le melange fait tu peux a nouveau les separer d'autant que tu veux ils garderont leurs correlations (cad ils ne se comporteront plus comme deux particules probabilistes mais comme un ensemble probabiliste). Tu peux par exemple utiliser cette pour realiser la teleportation d'information quantique

moijdikssékool · 14/05/2006 - 19h08

C'est pas si facile que ca de creer une "vraie" paire de photon qui se comporte comme une seule entité, c'est d'ailleurs ce qui rend l'experience des autrichiens si dure a realiser

ok, ca j'avais compris, je laisse les détails techniques de côté, si ce n'est cette épaisseur de miroir
le photon du haut, pour 'rejoindre' son compagnon, doit d'abord traverser le miroir et il met donc un laps de temps pour le faire, et réciproquement pour l'autre photon : http://www.ifrance.com/modizzy/photon1.gif
ou alors la rencontre des 2 photons se fait au milieu de l'épaisseur du miroir et c'est là qu'ils forment une paire quantique

bristolive · 14/05/2006 - 22h26

tu as raison, si le miroir semi reflechissant possède une epaisseur cela ne marche pas... (beau dessin par ailleurs)

Tu as souleve un point interessant, je pense que la distance qui separe les deux photons doit etre plus petite que la longueur de coherence des deux photons pour que le processus d'interference ai lieu.

Je pense que ton idee de la rencontre au milieu n'est pas loin d'etre correct car voici le type de miroir semi-reflechissant que nous utilisons en general.
http://www.thorlabs.com/NewGroupPage...ctGroup_ID=754

Exactement comme il marche je me suis jamais pose la question (je me renseignerait) mais l'interface ou la separation a lieu est de l'ordre de la centaine de nanometres (plus petit que la longueur de coherence des photons qui est en general de l'ordre de la centaine de um pour ce genre d'experience)

moijdikssékool · 14/05/2006 - 23h16

voici le type de miroir semi-reflechissant que nous utilisons en general

effectivement, la surface réfléchissante (si celle située entre les 2 blocs de verre) est d'épaisseur nulle (enfin presque nulle, les surfaces des 2 morceaux de verre en contact ne sont pas parfaites), je n'avais pas pensé à ce genre de miroir. et on a une réflexion 50% de chaque côté?
et la longueur de cohérence des fronts d'ondes est aussi applicable aux photons, c'est en gros ce que montre l'expérience. Finalement son résultat n'est pas si bouleversant, c'est surtout sa réalisation et ses applications (même si je ne vois pas très bien lesquelles)

moijdikssékool · 15/05/2006 - 00h18

et qu'est ce qui maintient la paire? peut-on la dissocier pour réobtenir 2 photons?

beau dessin par ailleurs

j'y ai quand même oublié la déviation dans le miroir...

Jiav · 15/05/2006 - 03h07

Envoyé par moijdikssékool

Finalement son résultat n'est pas si bouleversant, c'est surtout sa réalisation et ses applications (même si je ne vois pas très bien lesquelles)

De ce que j'ai cru comprendre, la possibilité d'intriquer efficacement deux photons est à peu près la seule pierre (mais elle est de taille) qui manquerait pour faire un ordinateur quantique à grand nombre de Qbits basés sur des photons. Des progrès dans cette direction sont donc réellement susceptibles d'être bouleversant!

Bristolive: est-ce que tu confirmes que c'est bien ça l'idée? Quel est le taux d'erreur? Le graalesque 10^-5 est-il atteignable de cette façon là? Des "drawback" à la méthode?