Intrication quantique

[saintsrow]

bonjour ,svp je veux savoir comment peut on avoir de particules intriquees?
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[albanxiii]

Bonjour,

En faisant une petite recherche sur le forum ou le net ? On trouve tout plein de trucs hyper intéressants....

[Pio2001]

Bonjour saintsrow,
Certains phénomènes sont connus pour produire des paires de particules intriquées. Par exemple Alain Aspect, en 1982, a utilisé une cascade atomique d'atomes de calcium excitée à l'aide d'un laser à krypton pour produire des photons de polarisation intriquée.
Autant dire qu'on ne trouve pas cela au magasin de bricolage du coin.

Mais je ne serai pas surpris de trouver des sources de particules intriquées dans les salles de TP des facs de science.
Par exemple quand j'étais étudiant, lors du TP sur la radioactivité, on avait une source de radioactivité béta plus (source de positons, antiparticule de l'électron). Mes souvenirs remontent à loin, mais il me semble bien que l'on mesurait l'arrivée des deux photons gamma (une autre forme de radioactivité) issus de la désintégration de ces positrons.
Ces photons étaient à coup sûr intriqués.

[saintsrow]

merci beaucoup

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Notons qu'il n'y a rien de plus facile que de créer des particules intriquées. Par exemple, si on envoie deux électrons l'un vers l'autre, ils se heurtent (répulsion électrostatique) et diffusent dans des directions opposées. En fait, la direction est aléatoire (avec des probabilités décrites par la mécanique quantique et qui dépendent d'ailleurs des spins) et l'état des deux électrons est intriqué.

Autre exemple : l'émission d'un photon par un atome excité. Le photon et l'atome sont intriqués. Ou le chat de Schrödinger et l'atome radioactif de cette expérience

Mais si cela rend l'intrication quantique absolument omniprésente, pour des expériences, ce n'est nécessairement la manière la plus pratique où on souhaite intriquer seulement certaines grandeurs (généralement le spin), éviter la décohérence quantique et avoir une certaine maîtrise des particules intriquées. Les méthodes évoquées par Pio2001 sont donc plutôt utilisées.

Voir aussi :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Intric..._intriqu%C3%A9

[Paradigm]

Bonjour,

Un article sur le sujet. Pour générer des photons intriqués il est envoyé un faisceau laser sur un cristal non lineaire.

Cordialement,

[Deedee81]

Salut,

Merci pour cet excellent document.

Notons qu'actuellement les différentes méthodes de production d'états intriqués et leur maîtrise (j'insiste lourdement ) sont un sujet d'actualité en plein boum à cause de leurs usages en cryptographie quantique et dans le calcul quantique. J'ai beaucoup aimé le terme employé actuellement : la deuxième révolution quantique (terme un peu fort, sans doute, mais joliment dit)
https://www.pourlascience.fr/sd/phys...tique-9293.php
https://www.unige.ch/campus/numeros/100/phys2/
https://lesclesdedemain.lemonde.fr/d...pdvInfluenceur

[saintsrow]

merci beaucoup tout le monde

[Paradigm]

Bonjour,

Notons qu'actuellement les différentes méthodes de production d'états intriqués et leur maîtrise (j'insiste lourdement ) sont un sujet d'actualité en plein boum à cause de leurs usages en cryptographie quantique et dans le calcul quantique

Un des objectifs, en ce qui concerne les télécommunications quantiques, est la réalisation d'un internet quantique. Il s'est crée à IRTF (pour "Internet Research Task Force" qui est l'entité de recherche de IETF qui définit les protocoles de communication de l'internet) un groupe de travail sur la "spécification" de cet internet Quantique : QIRG pour "Quantum Internet Research Group". Le chairman c'est Rodney Van Meter l'auteur de l'ouvrage "Quantum Networking". Groupe de travail initié par Stephanie Wehner du Qutech (Pays Bas).

The Quantum Internet | Stephanie Wehner

L'objectif est d'exploiter l'intrication quantique pour bâtir une infrastructure de communication multiservice et non exclusivement dédié à la cryptographie quantique dont un des services phares est la genération de clé de chiffrement qui se base sur des principes de MQ (principe d'incertitude ou intrication. Il existe déja une véritable zoologie de protocole de QKD) pour détecter la présence d'espion lors du protocole de génération de clé.

Cordialement,

[Paradigm]

Bonjour,

Un petit paragraphe de vulgarisation sur l'intrication quantique, mais surtout l'info contenu dans le billet sur le flagship de 1 milliard d'Euro lancé par la Commission européenne pour développer les technologies de l'information quantique.

En plus de cela il est envisagé de mettre en place un réseau au niveau européen de communication quantique hybridant les communications spatialle (satellite) avec les communications terrestre : Quantum Communication Infrastructure et ceci

Cordialement,

[LeMulet]

Notons qu'actuellement les différentes méthodes de production d'états intriqués et leur maîtrise (j'insiste lourdement )

Ca ne pose pas un problème de considérer l'intrication comme une conception de technicien de laboratoire plutôt que comme un phénomène de physique fondamentale ?
Si on va au fond des choses, l'ensemble des particules de l'Univers ne sont-elles pas intriquées ?

Pour illustrer rapidement, si un objet émet des "photons" (ce qu'il fera inévitablement du fait du rayonnement du corps noir), les photons et l'objet ne sont-ils pas intriqués, ainsi que les photons au sein de l'onde lumineuse correspondante ?

Ou dans un cadre plus restreint, si un appareil de mesure interagit avec un atome, suite à cette interaction, l'appareil de mesure et l'atome ne sont-ils pas alors intriqués ?

L'état d'intrication tel qu'il est employé dans les raisonnements scientifiques n'est-il pas alors juste un point de vue de physicien de laboratoire, relatif à la connaissance partielle d'un état d'intrication global (d'une complexité hors de portée du laboratoire) ?

Effondrement de la fonction d'onde que l'on peut "constater" n'est-elle pas alors également qu'un changement de point de vue lors d'une réorganisation d'un état global de l'intrication ?

[Pio2001]

Ou dans un cadre plus restreint, si un appareil de mesure interagit avec un atome, suite à cette interaction, l'appareil de mesure et l'atome ne sont-ils pas alors intriqués ?

A toutes fins pratiques, non. L'appareil et la particule, si cette dernière a survécu à la mesure, vivent ensuite leur chemin propre sans qu'il n'y ait nécessairement corrélation entre eux.

Si on va au fond des choses, l'ensemble des particules de l'Univers ne sont-elles pas intriquées ?

C'est l'interprétation des mondes multiples d'Everett. Les états de toutes le particules de l'univers seraient intriquées de telle sorte qu'il y a corrélation entre les résultats de mesures propres à un univers donné.
Mais à l'intérieur de cet univers, il est impossible de le savoir, car il faudrait pour cela vérifier que les autres résultats possibles (et contradictoires avec notre univers) se regroupent bien, par intrication, dans d'autres univers parallèles.

C'est pourquoi, à l'intérieur de notre univers, il faut des dispositifs spéciaux pour intriquer des particules de façon observable.

[LeMulet]

A toutes fins pratiques, non. L'appareil et la particule, si cette dernière a survécu à la mesure, vivent ensuite leur chemin propre sans qu'il n'y ait nécessairement corrélation entre eux.

Comme vous le dites, "à toute fin pratique".
Mais concrètement, même si on n'en tient pas compte dans l'acte de mesure, l'intrication de l'appareil de mesure et de l'objet mesuré est pourtant toujours aussi réelle, que ce soit avant la mesure ou après.
Il y avait une intrication avant la mesure (à moins que l'appareil de mesure ne soit apparu du néant, ce qu'on peut exclure), et il y a une intrication après la mesure.
Ce fait n'a bien entendu que peu d’intérêt d'un point de vue pratique dans le cas d'une mesure, puisqu'il ne s'agit pas de tout mesurer, c'est à dire connaitre l'ensemble des états (or comme on le sait, une mesure ne le permet pas), mais de connaitre un nombre d'états plus restreint, tout en sachant bien sûr de quels états il s'agit.

C'est l'interprétation des mondes multiples d'Everett. Les états de toutes le particules de l'univers seraient intriquées de telle sorte qu'il y a corrélation entre les résultats de mesures propres à un univers donné.

Je n'y avais pas pensé, mais effectivement c'est un fait un permet d'imaginer cette possible interprétation.
(La théorie d'Hugh Everett ne suppose pas d'autres connaissances que celles de la physique quantique, c'est une interprétation).

Mais à l'intérieur de cet univers, il est impossible de le savoir, car il faudrait pour cela vérifier que les autres résultats possibles (et contradictoires avec notre univers) se regroupent bien, par intrication, dans d'autres univers parallèles.

Je ne suis pas sûr qu'il faille nécessairement faire appel à des univers parallèles.
Le simple fait qu'il ne soit pas possible de mesurer l'ensemble des états d'un système, revient à produire une apparente multiplicité (des univers virtuels plutôt que parallèles), ce qui interdit aussi de les comparer (on ne peut pas comparer l'univers réel à un univers virtuel).

C'est pourquoi, à l'intérieur de notre univers, il faut des dispositifs spéciaux pour intriquer des particules de façon observable.

Tout à fait, et c'est sur point que j'intervenais (Deedde81 faisait référence à la maitrise des états intriqués), pour préciser que l'intrication d'un point de vue physique est un phénomène généralisé et banal, mais que ce qu'on appelle "intrication", dans les laboratoires, c'est autre chose.

En laboratoire, on choisi donc d'observer un nombre d'états restreint, et on considère à ce moment que les autres types d'états sont libres.
On arrive d'ailleurs à produire des états dits intriqués (c'est en ce sens qu'on comprend l'intrication en laboratoire) entre 2 particules avec des dispositifs spéciaux produisant un effet spécial.

La "mécanique quantique", relativement à la physique quantique, dont il est question lorsqu'on restreint la notion d'intrication à des états connus, est l'analogue à mon avis de l'électronique relativement à l’électromagnétisme.

[Pio2001]

Houlà...
D'abord, est-ce qu'on est d'accord sur ce que veut dire "intrication" ?

Pour moi, deux systèmes sont intriqués si leur état quantique n'est pas factorisable sur les termes relatifs à l'un et à l'autre.

Autrement dit, leur comportement ne peut être prédit qu'en leur attribuant un seul état commun, et aucune description donnant d'une part l'état de l'un, et d'atre part l'état de l'autre, ne permet de prédire leur comportement.

[LeMulet]

D'abord, est-ce qu'on est d'accord sur ce que veut dire "intrication" ?

Je pense que nous sommes d'accord, mais que nous n'abordons probablement pas le choses de la même façon.

Donc déjà d'une part, vous faites référence à l'intrication dans le cadre la mesure et non pas à l'intrication générale de l'ensemble des particules, mais comme déjà dit, et nous allons donc nous s'attarder sur ce cas précis, c'est le seul cas dont nous pouvons parler dans un cadre scientifique avec les moyens dont nous disposons.

Pour moi, deux systèmes sont intriqués si leur état quantique n'est pas factorisable sur les termes relatifs à l'un et à l'autre.

Oui, "ils" forment une superposition quantique.
Mais non, "ils" ne sont pas deux systèmes intriqués.
Ces deux systèmes peuvent être supposés avoir existés (en dehors du cadre de la mesure), mais nous ne le savons pas.
"Ils" (et on ne les connaitra lorsqu'on effectuera une mesure) forment, tout de suite à la leur création (dont nous n'en connaissons que la modalité) un seul et même système intriqué (crée en laboratoire, de manière contrôlée).

Autrement dit, leur comportement ne peut être prédit qu'en leur attribuant un seul état commun, et aucune description donnant d'une part l'état de l'un, et d'autre part l'état de l'autre, ne permet de prédire leur comportement.

Et vous le précisez bien ici, bien que vous continuez (même si je pense que vous le savez et que vous avez tendance à le dire de cette manière) à faire référence aux deux systèmes, que vous ne connaissez pourtant pas au moment de la création de l'état superposé... mais que l'on suppose connaitre, car lorsqu'on fait une mesure sur cet unique système superposé, on accède à un état (je ne dis pas un des deux états car cela n'aurait pas de sens selon la philosophie de la physique quantique) et si on mesure maintenant ou conjointement (si cela peut avoir du sens puisque la décohérence est instantanée, et je n'ai pas dit l'interaction)..."ce qui reste de l'intrication" suite à la décohérence, on a alors accès à un autre état (pas le deuxième état du système intriqué).
On a donc 3 états : Un état superposé S, et des états que l'on peut extraire de l'état superposé, un état A et un état B.

Ce qui incite à penser qu'on a toujours les deux systèmes A et B présents dans la superposition, "cachés" dans le système S, c'est que l'intrication parait réversible (dans le sens où on peut séparer les états qui la compose).
Mais êtes-vous bien sûr que ces deux états ont été créés et ont "fusionné" au moment de la création du système intriqué, ou alors le système intriqué a été créé (stable bien sûr), composé d'une infinité de couples d'états possibles, et par la suite vous extrapolez la présence de deux états "inclus dans la superposition", pourtant connus bien plus tard au moment de la mesure ?

[Deedee81]

SAlut,

Mais non, "ils" ne sont pas deux systèmes intriqués.

Si, si. Pio a raison, si l'état n'est pas factorisable, alors il s'agit bel et bien d'un état intriqué. C'est pratiquement un pléonasme.
Ca ne préjuge pas de la manière dont ils sont arrivés dans cet état mais c'est bel et bien la définition.
(notons que ce n'est pas nécessairement un état intriqué dit maximal)

Par contre tu as raison en parlant "d'un seul système" car non factorisable est également synonyme de non séparable (au sens descriptif hein, pas au sens de la chanson l'un pour l'autre ).

Et non séparable ne signifie pas que l'on ne peut pas parler de deux systèmes intriqués, par exemple deux électrons intriqués ont bien une charge 2e malgré la quantification de la charge. MSi tu considérais ton système comme unique (ça c'est ok), non séparable (ok aussi) mais non constitué de deux sous-systèmes (paaaas bien) alors "il" pourrait avoir une charge e, ce qui est impossible.

Il ne faut pas confondre les systèmes et leur état quantique, ce n'est pas la même chose. Deux systèmes, un seul état. Si on essaie d'attribuer un état précis à un des deux, alors (si c'est intriqué) on perd forcément une parte de l'information (c'est une des clés de la décohérence quantique). Mais le (sous-)système lui existe bel et bien. Donc, tout dépend de quoi on parle : des systèmes ou des états (et là il faut bien le dire, dans certains discours, ce n'est pas toujours clair. Hélas EDIT et en me relisant.... j'ai commis la faute ci-dessus en parlant d'un seul système, grumpf, même si j'ai mis des guillemets).

D'autre part tu dis que Pio fait référence à la mesure pour sa définition. Mais c'est totalement faux, en tout cas dans les passages que tu cites. Il faut prendre garde d'attribuer une manière de raisonner à un participant sur base de ses propos (ce que tu fais à plusieurs reprises dans ton message). C'est le meilleur moyen pour se planter (et là, tu l'as fait en beauté, mais bon, même les bons avions peuvent rater leur atterrissage ). Je pense que la balise qui manquait sur la piste d'atterrissage est le vocabulaire technique : en particulier le terme "factorisable" (voir exemple ci-dessous) (en tout cas ton explication a dérapé à partir de là et sans être intrinsèquement fausse !!!! Se placer dans un discours contradictoire en disant la même chose n'est jamais bon signe).

Tu parlais aussi d'intrication réversible. Là, aussi tu as raison. Le phénomène d'intrication est strictement réversible. Prenons par exemple une particule dans l'état |a>+|b> et une autre dans l'état |0> qui en interagissant prend le même état que l'autre : |a>|0>+|b>|0> -> |a>|a>+|b>|b>. On passe d'un état non intriqué à un état non intriqué. Mais en réalité la transformation est totalement réversible. On peut avoir un hamiltonien (je laisse chercher, c'est assez trivial sous forme matricielle) qui passe de gauche à droite (équation de Schrödinger) et l'équation est réversible avec le même hamiltonien.

Notons que le premier état est factorisable (|a>+|b>) |0>. Mais pas le deuxième.

Le caractère irréversible est ici lié purement à la thermodynamique. Si on a une myriade de particules qui interagissent et s'intriquent, le retour vers l'état non intriqué est tout bonnement impossible en pratique (le temps de récurrence de Poincaré est plus qu'astronomique pour des systèmes macroscopiques).

Qu'en est-il alors de la mesure ? Celle-ci n'a rien de magique et on n'a même pas besoin de faire appel à la réduction. Le fait est que la mesure implique toujours un système macroscopique (appareil de mesure, appareil d'enregistrement, au minimum un être humain qu'on peut difficilement réduire à quelques particules au sans lui faire très mal , EDIT ou un chat, qu'il appartienne à Schrödinger ou pas ). L'intrication d'une myriade de particules est inévitable et le caractère irréversible aussi. Comme on considère le système étudié en tant que tel (il devient un sous-système de "système mesuré"+appareils+humains+le reste), on effectue l'opération dont je parlais plus haut : on considère son état seul, avec perte d'information. Cela se traduit par la décohérence, c'est-à-dire que ce (sous-)système ne se comporte plus comme un état superposé (le |a>+|b>) mais comme un mélange statistique (|a> ou |b>) même si c'est une "illusion" (avec des guillemets car ce comportement à des conséquences qu'on peut constater) puisque l'état complet reste superposé (en plus d'intriqué).

EDIT comme on le voit je n'ai pas fait appel à la réduction et d'une manière générale, marier la décohérence et les interprétations peut être un jeu délicat autant qu'instructif.
Voir https://arxiv.org/abs/quant-ph/0312059 "Decoherence, the measurement problem, and interpretations of quantum mechanics" de Maximilian Schlosshauer
qui aborde ce problème (sans être exhaustif, mais c'est tout de même fort intéressant, c'est de plus une bonne introduction à la décohérence quantique. Le début est sacrément intéressant quand il montre que sans réduction ni décohérence il ne peut y avoir mesure !!!!)