Intrication quantique

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

Dans le n° 474 de PlS p. 11 (l'article n'est malheureusement pas en ligne), je lis dans un article intitulé "Intrication quantique : un test venu des étoiles" après une présentation de la notion d'intrication :

(...)

Comment savoir qui d'Einstein ou de Bohr a raison ? En 1964, le physicien nord-irlandais John Bell a développé une formule, les inégalités de Bell, qui permet de trancher le débat. Jusqu'à présent, le caractère non-local a été confirmé par diverses expériences. Cependant, celles-ci sont difficiles à réaliser et les conclusions ne tiennent qu'au prix de certaines suppositions. Il existe des "échappatoires" susceptibles de remettre en question les résultats.

L'une d'elles concerne le libre arbitre du physicien pour configurer les dispositifs de mesure. En effet, un phénomène du passé (variables cachées) pourrait avoir une action causale sur la configuration des détecteurs. Si les choix des physiciens sont limités d'une façon ou d'une autre, les résultats sont peut-être truqués.

(...)

Il est ensuite fait mention d'une expérience impliquant des photons venus de deux étoiles situées à plus de 500 années-lumières.

(...)

La longueur d'onde de chaque photon capté en provenance de ces astres a été définie il y a donc plus de 500 ans. Les chercheurs ont asservi sur les longueurs d'onde ainsi obtenues la configuration de chacun des deux détecteurs qui mesurent l'état de polarisation des photons intriqués. Les résultats conduisent à une violation des inégalités de Bell, donc l'intrication quantique est non-locale. Ainsi, si un mécanisme impliquant les variables cachées a influé sur le libre arbitre des chercheurs, il doit avoir agi il y a plus de 500 ans !

Cet article est pour moi très obscur.
Je croyais que l'hypothèse des variables cachées concernait les particules mesurées. Ici, il semblerait qu'elle concerne également les détecteurs. Et que vient faire le "libre arbitre des chercheurs" ??
Par ailleurs, en quoi faire une expérience sur des photons émis il y a 500 ans et ayant parcouru 500 al cela change-t-il quelque chose par rapport à une expérience sur des photons émis sur place ?
Que signifie la phrase "les choix des physiciens sont limités" ?

Merci à toute personne qui pourra et voudra bien m'éclairer.
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[Enthalpy]

Cet article est pour moi très obscur.

Bonjour Mickey-l.ange (chouette pseudo),

La mécanique ondulatoire n'est pas toujours simple, et surtout, les explications qu'on en trouve ici et là sont d'habitude mauvaises. Ne pas t'étonner, donc.

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Les variables cachées, qui supposent que les particules intriquées choisissent leur état lors de leur création (ou influence, définition, filtrage...) et que l'observateur est seulement incapable de mesurer cet état, sont infirmées par des expériences qui n'ont pas besoin de temps de propagation, Bell, Aspect ni autre.

Prends par exemple deux transitions de l'hydrogène : 3s -> 2p -> 1s émettant chacune un photon. L'état intermédiaire 2p peut être orienté n'importe comment, et il peut aussi avoir des formes variées: en cacahuète, en doughnut ou n'importe quelle forme intermédiaire. Les photons émis ont une polarisation qui y correspond: rectiligne, circulaire, elliptique, avec une direction ou orientation de polarisation inconnue a priori. Mais comme la transformation 3s -> 1s conserve le moment angulaire (en oubliant ici le moment angulaire intrinsèque de l'électron), la polarisation des photons émis est liée.

Des détecteurs indiquant si les photons ont une polarisation verticale ou horizontale concorderont. Mais des détecteurs indiquant si la polarisation est à droite ou à gauche concorderont aussi.

Or, des photons qui choisiraient à l'émission d'avoir tous deux une polarisation rectiligne verticale ou tous deux inclinée, ou horizontale, auraient chacun 50% de chances d'être détectés par un récepteur circulaire à droite ou à gauche, et sans corrélation entre les détecteurs. Pourtant, on observe la corrélation avec des détecteurs circulaires aussi.

De même, si les photons choisissaient une polarisation à droite ou à gauche lors de l'émission, on ne saurait pas expliquer la corrélation entre les détecteurs rectilignes.

La conclusion historique (après pas mal d'expériences, celle que je décris n'est qu'un aide pour l'esprit, mais malcommode dans un labo) est que les photons ne choisissent pas leur état à l'émission. Il n'y a pas de variables cachées.

Au passage, les états circulaires à droite ou à gauche du photon ne sont pas plus fondamentaux que les état rectilignes ou plus généralement elliptiques. Cette erreur est fréquente. Une polarisation circulaire est la somme (déphasée) de deux polarisations rectilignes, comme une polarisation rectiligne est la somme de deux polarisations circulaires, et deux polarisations rectilignes perpendiculaires sont un base commode pour projeter toutes les polarisations d'un photon.

Autre petite note : l'intrication est la situation habituelle des particules et ne concerne pas que les photons, pas que la polarisation. Un paire d'électron (sur Terre, ils vont presque toujours par paires) est intriquée. Par exemple dans un atome d'hélium dans l'état fondamental, on ignore où est chaque électron et dans quelle polarisation, mais si on en détecte un Up, l'autre est Down, et si on en localise un dans un coin, l'autre est probablement ailleurs puisqu'ils se repoussent. On parle d'intrication dès que Psi(a et b) ne peut pas s'écrire Psi(a)*Psi(b), c'est-à-dire dès que les particules ne sont pas indépendantes. Ici, l'énergie de répulsion des électrons agit sur le laplacien de Psi(x1, y1, z1, x2, y2, z2) pour réduire Psi si (x1, y1, z1) est proche de (x2, y2, z2), donc la distribution de (x2, y2, z2) dépend de (x1, y1, z1). Intéressant pour éviter les mauvaises interprétations des condensations de Bose-Einstein aussi.

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La distance séparant les détecteurs peut interdire un transfert d'information limité par la vitesse de la lumière entre les particules intriquées (Bell, Aspect). C'est une subtilité supplémentaire. Beaucoup de gens veulent en déduire qu'un particule ne peut pas influencer l'autre. Presque juste : la Relativité a seulement besoin, pour expliquer que les transformations de Lorentz sont cohérentes, que des observateurs ne puissant pas échanger d'information trop vite. Néanmoins, l'observateur n'impose pas à un photon de choisir une polarisation lors de la détection : il choisit seulement un détecteur, dans lequel le photon sera détecté ou pas. L'observateur n'a donc pas de moyen d'influencer l'autre photon en agissant sur le premier. Il ne peut pas ainsi transmettre instantanément une information qu'il a choisie. De ce fait, je ne vois pas d'inconvénient à imaginer qu'un photon agisse sur l'autre.

Le formalisme de la mécanique ondulatoire ne fait pas apparaître un quelconque moyen de couplage. On écrit seulement une unique fonction d'onde pour deux ou plusieurs particules, avec des amplitudes complexes qui sont liées. Du genre : Psi(x1, y1, z1, droite, x2, y2, z2, droite, temps) ou bien Psi(..., vertical, vertical, ...).

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Le libre arbitre des expérimentateurs... L'absence de variables cachées, donc l'indétermination vraie des particules, a perturbé assez de monde pour que plein d'explications alternatives aient été proposées. Beaucoup de théories voudraient que l'indétermination disparaisse au moment de l'observation, soit par une troisième particule, soit par l'observateur conscient - ou bien qu'elle ne disparaît jamais. On entre dans la partie ésotérique de la mécanique ondulatoire.

On pourrait par exemple imaginer que l'assemblage des détecteurs dans l'expérience influence la façon dont les photons ont été émis. Disons, polarisation rectiligne lors de l'émission si les détecteurs destinés aux photons sont rectilignes. C'est fumeux ? D'accord ! Mais l'indétermination des photons, qui sont pourtant liés, n'est pas particulièrement claire non plus, ce qui légitime la recherche de théories alternatives.

Telle que j'imagine l'intention de l'expérience avec l'étoile, 500 ans sont plus vieux que les expérimentateurs, qui n'avaient donc pas de libre arbitre à l'époque où les photons ont été émis.

¡Adiós!

[Resartus]

Bonjour,
Les photons reçus des étoiles à 500 AL ne sont pas intriqués : ma compréhension de la manip est qu'on utilise une information basée sur les signaux reçus en provenance de deux étoiles lointaines distinctes, pour commander indépendamment le choix de la polarisation mesurée sur chacun des détecteurs de photons utilisés par l'expérience d"Aspect (et qui captent chacun un des deux photon intriqués émis par le dispositif central qui lui est bien sur terre).

La condition pour que l'expérience soit parfaitement concluante, est que ces choix changent avec une durée de commutation beaucoup plus courte que le temps de propagation éventuel d'un signal entre les deux récepteurs (ce qui est sans doute précisé dans l'article), mais aussi se fassent parfaitement indépendamment.
L'utilisation de phénomènes très lointain comme source de hasard tient un peu du gadget médiatique, mais cela fait le job, et garantit que ces changements de polarisation des détecteurs sont vraiment aléatoires et indépendants....

[Mickey-l.ange]

Bonjour,

Merci à vous deux pour vos explications.
Je vais étudier cela de près.

[A voir en vidéo sur Futura]