Experience intrication quantique

[the_gexx]

bonjour,

j'ai plusieurs questions concernant le processus experimental de l'intrication quantique, donc si j'ai bien compris le process consiste a :

1. emition paire de photons

2. detection = reponse spin UP ou DOWN

ma question concerne la detection :

la detection se fait elle au meme moment pour les deux photons ? c'est a dire les detecteurs sont ils exactement a la meme distance de la source ?

le procédé de l'experience sont avec des "paires uniques" ou avec un faisceaux de paires ?

cette experience a t elle déjà étée réalisé a tres grande distance ? c'est a dire avec des sattelite ? sur la lune ?

puis pour finir, est que les équations disent qu'au moment de la detection, le phénomene s'est déjà produit avant ? (je ne sais pas si cette question sera bien comprise)

merci a vous
-----

[whoami]

Bonjour,

Tu n'as toujours pas d'accents ?

[jeandefonsegrives]

Bonjour,

Je me suis posé les mêmes questions quand j'ai commencé étudier la mécanique quantique (par mes propres moyens, je ne suis qu'un amateur). Je vais essayer de résumer:

- Aussi incroyable que cela puisse paraître, les 2 particules intriquées vont être liées quelque soit la distance et le temps qui les sépare. Donc oui, les particules vont interagir à des distances très grandes et oui des expériences ont été réalisées (sur Terre) qui le démontrent,

- Ta deuxième question concerne ce qu'on appelle la causalité : est-ce que l'enchaînement des effets et des causes est respecté en mécanique Quantique ? Et bien ta question est justifiée : ce n'est pas très claire et il a fallu une interprétation dite "des ondes de probabilité" pour essayer d'y répondre.

Je te conseille un livre qui explique tout cela très bien et qui est accessible : "l'étrange histoire des Quanta" de Hoffmann et Paty.

En tout cas, je te souhaite la bienvenu dans ce monde extraordinaire.

[Deedee81]

Salut,

Juste un petit détail.

- Aussi incroyable que cela puisse paraître, les 2 particules intriquées vont être liées quelque soit la distance et le temps qui les sépare. Donc oui, les particules vont interagir à des distances très grandes et oui des expériences ont été réalisées (sur Terre) qui le démontrent,

Attention. Tout ce qu'on démontre expérimentalement est qu'il existe une corrélation forte entre les résultats des mesures effectués sur les deux particules. Corrélation qui ne peut s'expliquer par une théorie classique (variables cachées déterministes locales). Mais ça ne prouve en rien l'existence d'une interaction à distance. Il existe d'ailleurs un théorème en mécanique quantique expliquant que l'intrication ne peut servir à transmettre aucun signal quel qu'il soit : théorème de non communication, voir Wikipedia.

Pour éviter les confusions je dis souvent qu'il y a deux aspects à la non localité : le transfert d'information instantané, qu j'appelle "non local" et le fait qu'un système ne peut pas être entièrement décrit partie par partie mais nécessite une description globale, que j'appelle non séparabilité (les termes ne sont pas de moi).
Dans ce sens : la mécanique quantique est locale mais non séparable.
C'est une leçon de la mécanique quantique. En physique classique "local" et "séparable" vont toujours de pair. Mais pas en MQ.

Pour ce qui est de la question initiale : les deux mesures s'effectuent-elles en même temps ? Et bien, tout dépend de l'observateur !!! La relativité nous dit bien que le temps est relatif et la simultanéité aussi. Si les deux mesures sont séparées par un intervalle relativiste spatial (aucun signal lumineux n'a le temps de se transmettre) alors l'ordre des mesures dépend de l'observateur (et surtout de sa vitesse). Ce qui là aussi remet en doute l'existence d'une interaction / d'un signal (le sens du signal dépendrait de l'observateur !!!!!)

Donc se méfier des articles (vulgarisés ou non) qui parlent d'une action à distance. Ca résulte souvent de l'interprétation que l'on fait de la mécanique quantique ou simplement... d'un abus de langage.

Je te conseille un livre qui explique tout cela très bien et qui est accessible : "l'étrange histoire des Quanta" de Hoffmann et Paty.

Bon livre. Je l'ai beaucoup aimé.


Autres liens sur l'intrication :
Je ne peux pas faire l'impasse sur Futura : http://www.futura-sciences.com/magaz...uantique-4814/
Et voir les applications, par exemple dans Wikipedia :
cryptographie quantique, téléportation quantique, calcul quantique
Et un phénomène très lié à l'intrication :
la décohérence quantique, qui a la gentillesse de lever une partie du voile séparant le monde quantique et classique mais qui a la méchanceté de rendre difficile le calcul quantique

[A voir en vidéo sur Futura]

[the_gexx]

bonjour jeandefonsegrives,

merci pour ta réponse, comme toi je trouve le sujet passionnant, malheureusement peu de gens la comprenent (ou ne veulent pas la comprendre), je me suis surppris ce week end a parler avec mon pere de la MQ en essayant de lui expliquer la superposition d'états quantique en lui énnonçant l'experience du chat de schrödinger, il m'a écouté, m'a regardé bizarement et a fini par me dire apres 10 minutes d'explication (il y avait un peu de relativité dans notre converstion) donc il fini par me dire:

" te prend pas trop la tete avec tout ça, y'en a qui deviennent fou avec ces trucs là" je suis resté bloqué, je venait de me rendre compte que quand les gens ne comprennent pas une chose, on la met dans un placard et on n'y pense plus, mon pere ne voulait pas y croire, parce que ce n'est pas logique et il lacherait donc l'affaire... mais c'est quand meme des phenomenes qui sont connus depuis presque 100ans maintenant, pourquoi personne ne connait ce genre de théorie a moins de faire bac S je pense ??? pourquoi cela fait aussi peur a l'humain en général ??

pour en revenir avec ma question, tu n'a pas tout a fait répondu mes question, car elles concernait les conditions de l'experience, donc j'aimerais bien que quelqu'un puisse répondre précisement a mes questions 1 / 2/ 4

bonne journée a vous

[antek]

. . . pourquoi personne ne connait ce genre de théorie a moins de faire bac S je pense ??? pourquoi cela fait aussi peur a l'humain en général ??

Ben si, y'en a qui en ont entendu parler.
Mais comme on ne peut pas chercher à TOUT comprendre, on se limite à ses centres d'intérêt.

[Deedee81]

Salut,

J'éviterai un jugement psychologique ou social, à vrai dire je n'en sais rien.

Concernant la superposition quantique, c'est moins étrange qu'il y parait car ça existe en physique classique : c'est le principe de superposition pour les ondes.

Concernant le gros matou de Schrödinger, expérience facile à décrire, difficile à expliquer car il faut forcément faire intervenir à un moment ou l'autre la décohérence quantique qui nécessite non seulement une compréhension de l'intrication mais plus généralement de la mécanique quantique.

[jeandefonsegrives]

Bonjour Deedee81,
Tu as raison de souligner que si l'on simplifie à l'excès on peut finir par créer des interprétations erronées.

Pour aider The_gexx à avancer:
- il n'y a aucune information qui puisse voyager instantanément, c'est à dire plus vite que la vitesse de lumière (la théorie de la Relativité)
- donc il est risqué d'utiliser le terme "d'interaction à distance" car il est très proche de "action à distance" qui sous-entendrait qu'une action et donc de l'information à voyager instantanément donc plus vite que la lumière entre les 2 particules
- et comme Deedee81, l'a indiqué, l'approche qui évite toute interprétation risquant d'être en contradiction avec la Relativité Générale consiste à considérer que les 2 particules sont toujours liées et constitue un système unique d'où le terme "non-séparable"

Mais ce terme d'action à distance à une histoire qui est passionnante : Einstein n'a jamais cru à la mécanique Quantique considérant qu'elle représentait une théorie incomplète. C'est Einstein avec 2 autres scientifiques (Podolski et Rosen) qui ont proposé les premiers les expériences d'intrication quantique pour démontrer justement une action à distance et donc que la théorie de la mécanique Quantique était incomplète. Ce qui est certain, c'est que la Relativité et la mécanique Quantique sont incompatibles et il faudra bien trouver une solution.

Pour ce qui est de tes questions sur les conditions d'expérience, les schémas que j'ai vus:
- des chemins et des distances équivalentes pour les 2 particules intriquées et donc des détecteurs à distance égale
- des photons émis un par un, mais de manière répétitive

[Deedee81]

en contradiction avec la Relativité Générale

Je suppose que tu voulais plutôt dire "relativité restreinte" (quoi que ce soit aussi vrai pour la RG automatiquement)

la Relativité et la mécanique Quantique sont incompatibles et il faudra bien trouver une solution.

Là cette fois c'est l'inverse. Mécanique quantique et relativité restreinte sont parfaitement compatibles. D'où mon insistance pour parler de "local mais non séparable".
Témoins en est la mécanique quantique relativiste ou la théorie quantique relativiste des champs".

Par contre il y a des difficultés avec la relativité générale. Non qu'elles soient incompatibles, la gravité quantique à boucles a au moins le mérite d'avoir montré que non. Mais personne ne sait vraiment comment les marier... pour toute une série de raisons et de difficultés.

[Nicophil]

Bonjour,

Donc se méfier des articles (vulgarisés ou non) qui parlent d'une action à distance. Ca résulte souvent de l'interprétation que l'on fait de la mécanique quantique

4.5 Résumé
L’étude des interprétations est importante car elle permet de dissiper de nombreux
malentendus sur ce qu’est supposée impliquer la mécanique quantique.

1. La mécanique quantique n’implique pas nécessairement qu’il est impossible de
définir une réalité sans parler d’observateur et de mesure.

2. La mécanique quantique n’implique pas nécessairement qu’il est possible de maintenir
dans un état de superposition des réalités a priori antagonistes comme le
chat mort et vivant. (c’est le cas dans «Many Worlds» mais pas dans les autres
interprétations)

3. La mécanique quantique n’implique pas nécessairement que la Nature est intrinsèquement
aléatoire (c’est le cas par exemple dans les théories du collapse objectif
mais pas dans dBB). Elle implique en revanche qu’il existe bien un obstacle à la
connaissance et donc qu’il y a au moins un aléa né de l’ignorance.

4. La mécanique quantique n’implique pas nécessairement qu’il est impossible de
parler de la trajectoire d’une particule (dans dBB on a le droit, simplement les
trajectoires sont très bizarres).
Il est évidemment possible de soutenir les attitudes précédentes, il faut simplement
avoir à l’esprit qu’elles ne sont pas des conséquences logiques inévitables de la mécanique
quantique.

Mais alors que reste-t-il ? La mécanique quantique impose-t-elle seulement quelque
chose ? Existe-t-il une seule chose que la mécanique quantique nous dit qualitativement
du monde qui ne soit pas dépendante de l’interprétation ? La réponse est donnée par
le théorème de Bell : il existe au moins une caractéristique contre-intuitive nécessaire
que doit contenir toute théorie qui voudrait reproduire les résultats de la mécanique
quantique, la non-localité. La mécanique quantique impose une forme faible d’action
instantanée à distance, la «non-localité» qui est indépendante de l’interprétation, et est
donc inévitable. Ce sera (en partie) le sujet du prochain cours.

http://www.phys.ens.fr/~tilloy/ppt/mecaQIII2015.pdf

Juste un petit détail.

ou simplement... d'un abus de langage.

[Deedee81]

Oui, c'est bien ce que je disais
Curieux l'expression "forme faible" (d'action à distance), je ne connaissais pas (mais je préfère "non séparable" car il y a aussi le phénomène des interactions/mesures faibles qui a été découvert si ma mémoire est bonne par l'étude de la formulation "time symétrique" de la MQ. "faible", je trouve ça ambigu.).

Mais attention, dans ma phrase j'ai dit "souvent", pas "toujours". Il y en a bien qui soutiennent l'existence d'une véritable action à distance. Ce n'est pas anormal car il y a trente-six manière d'interpréter la mécanique quantique et selon son choix préféré il y a bien action à distance (par exemple avec Copenhague et, à vérifier, avec Bohm et le transactionnel). Ceci histoire de bien tout embrouiller Mais les interprétations étant (en principe et par définition) impossibles à réfuter expérimentalement (*), on ne peut exiger de tous les physiciens d'adopter la même interprétation. D'autant que même moi, j'adopte plusieurs interprétations : selon que je veux faire de la MQ un usage pratique ou pour expliquer/comprendre ses fondements.

(*) Il y a des exceptions comme les théories avec réduction physique. Mais alors on va plus loin que l'interprétation. Il s'agit d'une véritable modification de la théorie.

[jeandefonsegrives]

Bonjour Nicophil,
La physique et plus particulièrement la physique quantique est vraiment un sujet passionnant.
A partir d'une réponse à une question qui semblait simple, j'ai progressé (grâce aux réponses qui n'allaient pas dans le même sens) dans ma compréhension de concepts très pointus en particulier grâce à l'interprétation du théorème de Bell. J'espère que cela va aider The_gexx.
J'ai vu que tu as partagé un cours : est-ce que c'est un cours accessible par tous par le web ? J'ai vu un lien, je vais le tester.
Merci à tous

[the_gexx]

merci pour vos réponses a tous, je posait ces question sur l'experience elle meme car si je peut me premetre, j'aimerais vous expliquer la façon dont je procederais pour la refaire:

je dispose donc:

- d'une source qui envoi les paires de photons quand je le souhaite
- deux detecteurs de photons qui detectent l'heure de l'impact et mesure le spin de la particule

mon systeme serait le suivant:

- a 10h00 pile émission de ma paire de photons

- je place mon premier detecteur qui est frappé a 10h05 (pour la compréhentionde l'experience, mon photon ira beaucoup moins vite que sa vitesse réelle 'c')

- A 10h40 mon moniteur m'indique que a 10h05 le detecteur a été frappé par un photon qui a un spin UP.

Pourquoi seulement a 10h40 ? simplement parce que le detecteur est frappé a 10h05, mais l'information n'est pas encore connu de l'observateur. Donc le detecteur est frappé, l'information est transformé en électrons qui parcours les fils du detecteur jusqu'au moniteur et bien sur un electron qui parcours un fil de cuivre sera donc bien moins rapide que la lumiere, c'est pourquoi il faut que je prenne en compte que j'ai un gros retard de mesure en l'occurence 35 minutes.

- deuxieme detecteur. Et bien je vais le plaçer a l'endroit où mon deuxieme photon est censé se trouver, si le premier n'avait pas été intercepté, c'est a dire, a une distance de 41 minutes a la vitesse de la lumiere(41 minutes pour etre sur que mon detecteur soit assez loin pour l'intercepter, n'oubliez pas que j'ai reduit la vitesse 'c' dans mon exemple)

- le second detecteur est donc frappé a 10h41 le signal se convertit en électron et mon moniteur m'indique a 11h22 : "

a 10h41 le detecteur a été frappé par un photon qui a un spin ??? "

je pense que sont spin sera aléatoire mais certainement pas un DOWN a coup sûr car il n'aura jamais été arrété et vu que rien ne peut aller plus vite que la lumiere, l'information qui doit etre transmise au deuxieme photon qui dit: "j'ai été arreté et je suis un UP" n'arriveras pas a temps au deuxième et il ne saura donc pas quel resultat donner au detecteur, le resultat sera donc aléatoire (selon moi biensur)

pour reproduire cette experience en taille réelle il faudra donc placer les deux detecteur pas a la meme distance de la source, le second devra etre plaçé a un endroit qui m'assure que le second photon frappera le deuxieme detecteur seulement apres que j'ai l'information du spin du premier photon.
mais le probleme serait peut etre que en fonction de la vitesse de la lumiere et de la vitesse que met l'info a sortir sur mon moniteur que le second photon soit arrivé sur la lune, il faudrais donc placer mon deuxieme detecteur sur la lune, ce qui est impossible pour n'importe qui.

Prenez bien le temps de relire mon experience, on ne pourras pas me dire: d'une part que l'info du premier ne nous parviens pas en retard par rapport a l'évenement réel et ensuite que l'info du premier qui dit: "attention j'ai été intercepté et mon spin est UP" ne pourra jamais rattrapper le second photon qui lui continue sa route.

j'attend donc les commentaires détaillés de tout le monde sur ce dispositif, j'espere que tout sera clair quand a mon énonçé

[Deedee81]

Je ne sais pas pourquoi tu compliques à ce point l'expérience. si c'est pour éviter qu'un signal se propage entre les deux mesures, ça a déjà été fait, de nombreuse fois. La toute première fut par Alain Aspect.
Ce n'est pas le premier à avoir vérifié que la MQ violait les inégalités de Bell. Mais c'est le premier à avoir fait les mesures assez vite pour qu'aucun signal n'ait le temps de se transmettre.

Mais juste un détail. Le détecteur ne donne pas un spin indépendamment de toute direction. Il a forcément une direction.

Supposons que l'état intriqué soit (le plus simple) : même spin pour les deux photons.
Ensuite, si ton premier détecteur est vertical. S'il laisse passer le photon, alors tu sais que son spin est vertical.
Maintenant si ton deuxième détecteur est vertical, alors il laissera passer à coup sûr le photon. Et s'il est horizontal, il ne laissera pas passer le photon.

Jusque là, rien d'extraordinaire, le résultat est classique (par exemple, si deux vrais jumeaux se séparent, alors si tu vois que l'un est blond, forcément l'autre sera blond aussi).
Les effets non classiques ("corrélations trop fortes") se produisent avec des angles intermédiaires. Voir les inégalités de Bell sur Wikipedia.

[the_gexx]

si c'est pour éviter qu'un signal se propage entre les deux mesures, ça a déjà été fait, de nombreuse fois. La toute première fut par Alain Aspect.

ok, je ne savait pas qu'il fallait un detecteur par "type" de spin, mais du coup, comment a t il fait justement "eviter que le signal se propage" ? dans mon experience, c'est vraiment impossible que l'info arrive au second photon, tu veux dire que le spin deu deuxieme sera forcement un DOWN ?

[Deedee81]

ok, je ne savait pas qu'il fallait un detecteur par "type" de spin, mais du coup, comment a t il fait justement "eviter que le signal se propage" ? dans mon experience, c'est vraiment impossible que l'info arrive au second photon, tu veux dire que le spin deu deuxieme sera forcement un DOWN ?

Aspect a utilisé des détecteurs (séparés de quelques mètres) avec des commutateurs ultrarapides (changeant aléatoirement la direction de mesure du spin). Suffisamment rapides pour qu'aucun signal (aussi rapide que la lumière) n'ait le temps de passer d'un détecteur à l'autre. Les deux détecteurs mesurant les résultats "en même temps" (ou très peu s'en faut).

[the_gexx]

Suffisamment rapides pour qu'aucun signal (aussi rapide que la lumière) n'ait le temps de passer d'un détecteur à l'autre.

C'est là dessus que je pose un gros point d'interrogation, comment Aspect était sur que aucune info n'ai pu passer ? et que le systeme était assez rapide, dans mon exemple il n'y a pas de question a ce poser, c'est 'c' qui dit que ce sera impossible qu'une info soit transmise

Les deux détecteurs mesurant les résultats "en même temps" (ou très peu s'en faut).

imagine le detecteur frappé a 10h05 et que j'ai l'info a 10h10 il y aura 5 minutes pendant lesquelles (si les detecteur sont a égales distance) ils pourraient échanger une information, car le detecteur aura ralentit ou plutot detruit le photon

[invite06459106]

L'expérience d'Aspect a été refaite (et améliorée) de très nombreuses fois, la plus grande distance était de plus de 100km (plus le nb exact en tête...), même résultat.

[Deedee81]

C'est là dessus que je pose un gros point d'interrogation, comment Aspect était sur que aucune info n'ai pu passer ? et que le systeme était assez rapide, dans mon exemple il n'y a pas de question a ce poser, c'est 'c' qui dit que ce sera impossible qu'une info soit transmise

Il reste possible qu'une information passe si elle va plus vite que la lumière. Ca, a priori, c'est toujours possible.
L'idée est d'avoir si peu de temps entre les deux mesures que même à la vitesse de la lumière un signal n'aurait pas le temps de passer.

Pour y arriver :
- un choix aléatoire de la mesure
- une bonne synchronisation des deux mesures
- et un choix et une mesure ultrarapide.

imagine le detecteur frappé a 10h05 et que j'ai l'info a 10h10 il y aura 5 minutes pendant lesquelles (si les detecteur sont a égales distance) ils pourraient échanger une information, car le detecteur aura ralentit ou plutot detruit le photon

L'important n'est pas quand on a l'info mais le moment où l'on altère la particule en la mesurant.

[Nicophil]

C'est Einstein avec 2 autres scientifiques (Podolski et Rosen) qui ont proposé les premiers les expériences d'intrication quantique pour démontrer justement une action à distance et donc que la théorie de la mécanique Quantique était incomplète.

Atroce double contre-sens :
1) La démonstration que la MQ n'est pas une théorie réaliste s'appuie sur un postulat concernant l'action à distance.
2) Ce postulat est qu'il ne peut pas y avoir d'action à distance (même infra-luminique...).