Fentes de Young, interférences et connaissance du chemin suivi par les photons

[curiossss]

Bon, je me lance d'après mes souvenirs pour citer un bémol sur les expériences de Bell et CHSH :

Dans une expérience avec des photons un certain pourcentage est pas détecté.

CHSH présume que le lots des photons non détectés ont statistiquement les mêmes propriétés que les photons qui ont été détectés, en particulier les propriétés qu'on mesure (comme la phase).
Si cette présomption est fausse alors on peut rejeter les conclusions des expériences.

Il est d'ailleurs étonnant de faire de telles présomptions, car il aurait été plus logique de penser le contraire puisque justement ces photons non détectés n'ont pas réagi comme la majorité.

Par exemple on pourrait imaginer que dans un dispositif expérimental particulier travaillant sur les polarisations, toutes les polarisations proches d'un certain angle ne soient pas détectées... ce qui va pénaliser tel détecteur plutôt que tel autre.
Inversement peut-être que certains angles de polarisation ont plus de probabilité d'être détectés par le dispositif expérimental.
Un postulat caché (implicite) est donc qu'il y a quelque-chose d'autre que la polarisation qui a empêché certains photons d'être détectés. Mais quoi ?

Comme les calculs sont effectués avec les statistiques de détection pour déterminer s'il y a eu violation de l'inégalité de Bell, il est important que 100% des photons soient traités.

Je crois me souvenir que les résultats de ces expériences ont été admis par la communauté alors qu'on était incapables de détecter 100% des photons émis. Je ne sais pas si aujourd'hui on est capable de le faire ?
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[Pio2001]

Dis-moi, est-ce que les expériences CHSH ont comme postulat de base que la superposition quantique est un fait physique plutôt qu'une commodité mathématique ?

Ni l'un ni l'autre. On réfute directement les variables cachées locales par le calcul, sans jamais faire appel à la mécanique quantique.

Pour plus de détails, côté théorie, on suppose qu'il existe un lambda et une distribution de probabilité rho(lambda), ainsi que deux grandeurs A(lambda) et B(lambda), telles que l'intégrale de A fois rho(lambda) sur tous les lambda soit comprise entre -1 et 1 (version Bell), ou que la moyenne des A fois rho(lambda) intégrés sur tous les lambdas soit comprise entre -1 et 1 (version CHSH). Pareil pour B.
C'est la condition "variable cachée". L'idée est qu'une paire de valeurs A et B donnée dépendent du même lambda.

Et on suppose d'autre part que ce qui est fait dans une région d'espace-temps autour de A et pendant un court instant t.a ne peut avoir d'influence dans la région d'espace-temps B pendant l'instant t.b.
C'est la condition de "localité".
Alain Aspect a réussi l'exploit de la remplir en plaçant des polariseurs sur le trajet des photons en moins de 10 nanosecondes, ce qui était inférieur au temps de trajet des photons entre la source et le polariseur. De cette façon, le choix du polariseur (il y en a deux possibles pour chaque photon) ne peut pas avoir d'effet physique sur l'autre bras du montage avant que ce dernier n'ait fini sa mesure.

Ces deux conditions étant posées, on calcule une valeur S à partir des séries de valeurs A et B et on démontre que selon ces conditions, S est toujours inférieur ou égal à 2.

Côté expérience, on place quatre polariseurs, deux sur le chemin d'un photon, deux autres sur le chemin d'un photon intriqué en polarisation avec le premier. On éloigne les deux polariseurs A et les deux polariseurs B pour remplir la condition de localité. On compte -1 quand le détecteur 1 du polariseur 1 clique, +1 quand le détecteur 2 du polariseur 1 clique etc. Après quelques centaines de clics, la valeur de S est calculée à partir des quatre séries de -1 et de +1.
Elle dépasse 2 (violation de l'inégalité).

En conclusion, on réfute directement les variables cachées locales sans utiliser la mécanique quantique. La notion de superposition n'intervient même pas.

Souvent je vois dans la description des expériences ou des théories auxquelles ils font appel des postulats implicites qui influent sur les conclusions : Si les postulats implicites sont vrais alors les conclusions sont justes. Mais on peut aussi se dire que les conclusions invalident un des postulats implicites...

C'est ce qu'on appelle dans le jargon un "loophole". Après les expériences d'Aspect, de nombreuses autres expériences ont eu lieu afin de fermer ces loopholes.

Dans une expérience avec des photons un certain pourcentage est pas détecté.

C'était l'un des principaux loopholes (on va dire "faille") de l'expérience d'Aspect. Un peu tiré par les cheveux quand même, car il faudrait que les photons sachent qu'on va tester l'inégalité de Bell et changent de comportement spécialement dans cette expérience.
Mais bon, sait-on jamais, une influence inconnue de la physique... la faille a été fermé il y a un moment déjà avec des expériences atteignant 100% de détection.

Un autre exemple de faille est que l'indépendance de A et B n'est garantie que par la relativité restreinte. On a fermé une version de cette faille (l'existence d'un espace absolu) avec une expérience dans laquelle les détecteurs se déplaçaient l'un par rapport à l'autre à une vitesse telle que dans son référentiel, chacun d'eux était le premier à faire la mesure.

Je crois bien que tous les loopholes ont été fermés, sauf celui du superdéterminisme, qui est philosophiquement imparable : les photons seraient télépathes et anticiperaient toutes les expériences qu'on pourrait faire sur eux.

[curiossss]

Bonjour,

J'ai ruminé l'article sur les inégalités de Bell, et certains autres.

https://fr.wikipedia.org/wiki/In%C3%...C3%A9s_de_Bell
https://en.wikipedia.org/wiki/CHSH_inequality
https://fr.wikipedia.org/wiki/Paradoxe_EPR
https://scienceetonnante.com/2020/10/23/bell-aspect/

Je reste extrêmement méfiant sur la façon dont les Probabilités sont utilisées.
Il y a une différence fondamentale entre les Probabilités traduisant une méconnaissance du système qu'on essaye d'évaluer, et la Probabilité fondamentale proposée par la MQ où c'est l'univers qui joue aux dés : effets sans causes et donc pas de Déterminisme.
Là je demande à voir.

Les inégalités de Bell visent à vérifier le 'paradoxe' EPR qui dit :
- que si les prédictions de la mécanique quantique sont correctes
- et s'il y a Localité, c.a.d. qu'il n'y a pas d'influences instantanées à distance,
=> alors il y a des variables cachées.

Or les expériences, basées sur les inégalités de Bell ont prouvé qu'elles sont violées. Comme les prédictions de la MQ se sont toujours avérées exactes DONC il n'y aurait pas de variables cachées portées par les particules intriquées.
CHSH vont plus loin :
Dans le message #28 : tu dis que CHSH ont généralisé les inégalités de Bell et déduit l'incompatibilité de la MQ avec le modèle à variables cachées, qu'elles soient dans le système mesuré ou dans son environnement.

Plus concrètement, voyons le résultat d'une expérience concernant deux photons intriqués passant par deux polarisateurs :
Si un des photons passe par un des filtres polariseurs, alors l'autre photon passera obligatoirement par l'autre polariseur, même si les deux événements ne sont pas simultanés, et les filtres polarisateurs à très grande distance l'un de l'autre (et donc impossible que le résultat du premier passage soit 'communiqué' à l'autre photon qui n'a pas encore passé de filtre).
Conclusion : il y a un alignement instantané qui se fait entre les deux particules quelle que soit la distance qui les sépare. Le résultat d'une mesure sur l'une 'fige' le résultat de la mesure qui sera faite sur l'autre.

Mais si on regarde bien les conditions EPR cachent un postulat implicite : que le résultat de l'expérience ne dépend que des particules corrélées, qui sont la partie 'active' dont dépend le résultat de l'expérience, et que le reste de l'univers, dont les filtres polarisants, sont la partie 'passive'.
Donc si on veut être tout à fait honnêtes on devrait se demander si la violation des inégalités de Bell ne signifie pas que, peut-être, ce postulat implicite est faux ?
Or justement la théorie de DeBroglie-Bohm parle d'ondes-pilotes, donc d'autres intervenants dans le processus de cheminement des photons, qui n'auraient plus à choisir un chemin toutes seules puisqu'il aurait aussi ces ondes-pilotes qui 'tâtent le terrain' avant le passage des photons. (note : je ne postule pas de la validité de la théorie de DeBroglie-Bohm, je constate seulement qu'il y a d'autres moyens d'appréhender la réalité, et c'est la seule théorie que j'ai sous la main pour me servir d'exemple).

Note : la probabilité qu'un photon passe par un filtre polariseur dépend de l'angle a que fait sa phase avec le polariseur : P = sin(a)sin(a)/2
Un sinus c'est une projection sur une direction, sa présence dans la formule semble logique.
Mais pourquoi sinus au carré ? A moins qu'un sinus soit apporté par le photon et l'autre sinus par le filtre ? Les deux seraient actifs sur le résultat final (le photon passe ou ne passe pas). Donc inutile de chercher une variable cachée uniquement côté photon et pas étonnant que l'inégalité de Bell soit violée...?

Voilà. Je ne dis pas que j'ai trouvé des failles. Je dis simplement que je n'ai pas eu assez de preuves que toutes les explications ont été explorées. Pas assez convaincu pour me sentir obligé d'admettre des "actions instantanées à distance"...

[Pio2001]

Je reste extrêmement méfiant sur la façon dont les Probabilités sont utilisées.

Bonjour,
Je ne fais pas partie de la modération, mais attention, le théorème de Bell et ses conséquences sont scientifiquement admis. Douter de leur exactitude peut être interprété comme une violation de la charte du forum.

Par contre, vouloir refaire la démonstration point par point en s'attardant sur les détails obscurs est une démarche saine. Je pense que c'est même la seule manière de comprendre vraiment ce que dit le théorème.

Les inégalités de Bell visent à vérifier le 'paradoxe' EPR qui dit :
- que si les prédictions de la mécanique quantique sont correctes
- et s'il y a Localité, c.a.d. qu'il n'y a pas d'influences instantanées à distance,
=> alors il y a des variables cachées.

PAS de variables cachées, tu veux dire ?

Le théorème dit
-s'il y a des variables cachées
-et s'il y a localité
=> alors on montre qu'une inégalité est toujours vraie.
Selon le choix d'unités, cette inégalité peut prendre la forme S <= 2. D'autres valeurs sont possibles, par exemple si on note 0 une non détection et 1 une détection.

Or si la mécanique quantique est vraie, alors on peut faire une expérience
-dans les conditions de Bell
-avec S = 2 racine de 2 = 2.82... (dans les unités où S<= 2)

Or les expériences, basées sur les inégalités de Bell ont prouvé qu'elles sont violées. Comme les prédictions de la MQ se sont toujours avérées exactes DONC il n'y aurait pas de variables cachées portées par les particules intriquées.

Pas tout à fait, mais presque.
Les expériences montrent que l'inégalité est violée.
Donc l'une des deux hypothèses de départ et fausse : les variables cachées n'existent pas, OU, si elles existent, la localité est violée.

Note que la mécanique quantique n'intervient nulle part.

CHSH vont plus loin :
Dans le message #28 : tu dis que CHSH ont généralisé les inégalités de Bell et déduit l'incompatibilité de la MQ avec le modèle à variables cachées, qu'elles soient dans le système mesuré ou dans son environnement.

Oui, à la base, on pouvait dire "les variables cachées associées au système n'existent pas ou la localité est violée", mais grâce à CHSH, on peut dire "les variables cachées tout court n'existent pas ou la localité est violée".

Note que le théorème de Kochen-Specker montre que la mécanique quantique est incompatible avec des variables cachées non contextuelles (c'est-à-dire associées au système). Et ce, qu'il y ait localité ou pas.

On sait donc que si les variables cachées existent, alors elles sont non locales (Bell / CHSH / GHZ (ceux-là, j'en ai pas encore parlé)), et en plus, elles sont contextuelles (Kochen-Specker).

Une variable cachée non contextuelle (que j'appelle associée au système), c'est une valeur lambda qui, pour une paire de particule, ou tout autre système, dit ce que les détecteurs vont indiquer, quoi qu'on choisisse de mesurer.
Par exemple la position ET la vitesse d'une particule, ou bien la projection de spin horizontal ET la projection de spin vertical d'une particule, ou encore la polarisation linéaire verticale d'un photon ET sa polarisation linéaire diagonale.

Une variable cachée contextuelle est une variable qui peut changer de valeur selon ce qu'on fait dans l'environnement. Par exemple si je choisis de mesurer la position, elle prend une certaine valeur, mais si je choisis de mesurer la vitesse, mon choix lui donne une autre valeur.

Dans l'expérience EPR, une variable cachée contextuelle non locale (la seule permise, donc), est une variable qui indique ce qu'Alice va obtenir comme résultat en fonction de ce que Bob décide de mesurer. Si Bob décide de mesurer la polarisation à 22.5°, alors une variable cachée oblige le photon d'Alice à prendre une certaine polarisation sur la direction de 45°, tandis que si Bob décide de mesurer la polarisation à 67,5°, elle peut prendre une autre valeur et obliger le photon d'Alice à prendre parfois l'autre polarisation, toujours sur la mesure à 45°.
C'est ça la violation de la localité et la contextualité : le résultat d'Alice dépend d'une variable cachée que possède Bob. Quand Bob change son détecteur, cela change sa variable cachée, et cela change par ricochet le résultat d'Alice, alors qu'Alice n'a changé ni de photon, ni de détecteur.

Aucune expérience où Alice et Bob mesurent la même chose n'exhibe de violation de l'inégalité. La corrélation s'expliquerait bêtement par le fait qu'Alice et Bob reçoivent des particules identiques.

Plus concrètement, voyons le résultat d'une expérience concernant deux photons intriqués passant par deux polarisateurs :
Si un des photons passe par un des filtres polariseurs, alors l'autre photon passera obligatoirement par l'autre polariseur, même si les deux événements ne sont pas simultanés, et les filtres polarisateurs à très grande distance l'un de l'autre (et donc impossible que le résultat du premier passage soit 'communiqué' à l'autre photon qui n'a pas encore passé de filtre).
Conclusion : il y a un alignement instantané qui se fait entre les deux particules quelle que soit la distance qui les sépare. Le résultat d'une mesure sur l'une 'fige' le résultat de la mesure qui sera faite sur l'autre.

Mais si on regarde bien les conditions EPR cachent un postulat implicite : que le résultat de l'expérience ne dépend que des particules corrélées

Il y avait peut-être quelque chose comme ça dans l'article EPR de 1935, en effet, mais cela a été réglé d'ans l'article CHSH de 1969, si je ne m'abuse.

qui sont la partie 'active' dont dépend le résultat de l'expérience, et que le reste de l'univers, dont les filtres polarisants, sont la partie 'passive'.
Donc si on veut être tout à fait honnêtes on devrait se demander si la violation des inégalités de Bell ne signifie pas que, peut-être, ce postulat implicite est faux ?

Tout-à-fait, mais comme on l'a vu, CHSH ont démontré que même sans ce postulat, c'était vrai.

Or justement la théorie de DeBroglie-Bohm parle d'ondes-pilotes, donc d'autres intervenants dans le processus de cheminement des photons, qui n'auraient plus à choisir un chemin toutes seules puisqu'il aurait aussi ces ondes-pilotes qui 'tâtent le terrain' avant le passage des photons. (note : je ne postule pas de la validité de la théorie de DeBroglie-Bohm, je constate seulement qu'il y a d'autres moyens d'appréhender la réalité, et c'est la seule théorie que j'ai sous la main pour me servir d'exemple).

Je n'ai pas étudié Bohm - de Broglie, mais pour moi, les ondes pilotes font partie du système. Le système peut être considéré comme aussi grand qu'on veut et constitué de tout ce qu'on veut.

Note : la probabilité qu'un photon passe par un filtre polariseur dépend de l'angle a que fait sa phase avec le polariseur : P = sin(a)sin(a)/2

Loi de Malus :
p = cos(a)cos(a)

https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_de_Malus

Un sinus c'est une projection sur une direction, sa présence dans la formule semble logique.
Mais pourquoi sinus au carré ?

Simple formule d'optique.

Voilà. Je ne dis pas que j'ai trouvé des failles. Je dis simplement que je n'ai pas eu assez de preuves que toutes les explications ont été explorées. Pas assez convaincu pour me sentir obligé d'admettre des "actions instantanées à distance"...

Ah mais tu n'est pas obligé. Tu peux aussi renoncer aux variables cachées dans leur ensemble. Les deux choix sont possibles : renoncer à la localité, ou renoncer aux variables cachées.

[Pio2001]

Voilà. Je ne dis pas que j'ai trouvé des failles. Je dis simplement que je n'ai pas eu assez de preuves que toutes les explications ont été explorées.

Je reviens là-dessus, car cela fait écho à mon mémoire de maîtrise en 1999, j'ai eu un mal fou à trouver une démonstration du théorème de Bell. Elle ne figurait dans aucun livre de cours en français : Cohen-Tannoudji, Diu, Ngo, Elbaz ou Basdevant. Sans démonstration, très difficile de comprendre de quoi il retourne.

Le livre "Le Réel Voilé" de Bernard d'Espagnat m'a beaucoup aidé. Il me semble qu'il y avait la "preuve GHZ (Greenberger, Horne Zeilinger)", qui est une démonstration alternative, et qui a le bon goût de ne pas faire intervenir d'intégration sur lambda. Mais surtout, j'ai fini par trouver la démonstration CHSH dans un article de Bell en anglais de 1971.
Je l'ai suivie ligne par ligne pour bien comprendre les hypothèses de départ et à quel moment elles interviennent. Mais même comme ça, ce n'était pas si clair que ça.

Depuis, j'ai vu que le livre de cours de Basdevant comportait désormais la démonstration du théorème de Bell. C'est une bonne chose.

[coussin]

Dans l'expérience EPR, une variable cachée contextuelle non locale (la seule permise, donc), est une variable qui indique ce qu'Alice va obtenir comme résultat en fonction de ce que Bob décide de mesurer. Si Bob décide de mesurer la polarisation à 22.5°, alors une variable cachée oblige le photon d'Alice à prendre une certaine polarisation sur la direction de 45°, tandis que si Bob décide de mesurer la polarisation à 67,5°, elle peut prendre une autre valeur et obliger le photon d'Alice à prendre parfois l'autre polarisation, toujours sur la mesure à 45°.

Dans le processus de conversion paramétrique descendante spontanée, l'état de polarisation de la paire intriquée est entièrement déterminé par l'état de polarisation du photon pompe et les conditions de phase matching. Est-ce que l'état de polarisation du photon pompe est une variable cachée ?

[curiossss]

Non je ne conteste par le théorème de Bell. J'ai dit que je suis méfiant sur le sens qu'on donne aux probabilités dans les discours qui sont tenus. Parfois c'est très difficile de savoir si on n'est pas en train de faire entrer subrepticement dans les déductions successives le point de vue de Copenhague qui n'est qu'une hypothèse, et il ne faudrait pas traiter un problème qu'à partir d'une des hypothèses existantes et oublier le Déterminisme.

J'essaye toujours, dans ma tête, de mettre devant chaque démonstration tous les postulats explicites ou implicites qui sous-tendent la théorie (cela devrait être une obligation dans chaque publication même si ce serait fastidieux !). Et quand je n'y vois pas clair j'avance à tâtons.

PAS de variables cachées, tu veux dire ?

Non : Si les conditions EPR sont réunies alors il pourrait y avoir des variables cachées (car Localité et pas d'influence instantanée à distance)


Tu indiques :

Dans l'expérience EPR, une variable cachée contextuelle non locale (la seule permise, donc), est une variable qui indique ce qu'Alice va obtenir comme résultat en fonction de ce que Bob décide de mesurer. Si Bob décide de mesurer la polarisation à 22.5°, alors une variable cachée oblige le photon d'Alice à prendre une certaine polarisation sur la direction de 45°, tandis que si Bob décide de mesurer la polarisation à 67,5°, elle peut prendre une autre valeur et obliger le photon d'Alice à prendre parfois l'autre polarisation, toujours sur la mesure à 45°.
C'est ça la violation de la localité et la contextualité : le résultat d'Alice dépend d'une variable cachée que possède Bob. Quand Bob change son détecteur, cela change sa variable cachée, et cela change par ricochet le résultat d'Alice, alors qu'Alice n'a changé ni de photon, ni de détecteur.

Hum, j'aurais préféré une autre formulation, pour ne pas induire en erreur des lecteurs qui pourraient croire que la Conscience a une influence (on a un petit peu évolué depuis les singes mais pas à ce point ).

Dans l'expérience EPR, une variable cachée contextuelle non locale (la seule permise, donc), est une variable qui indique ce l'expérience va obtenir comme résultat en fonction des positions des filtres polarisateurs. Si les filtres sont à 22.5°, alors une variable cachée oblige le photon à prendre une certaine polarisation sur la direction de 45°, tandis que si les filtres sont à 67,5°, elle peut prendre une autre valeur et obliger le photon à prendre parfois l'autre polarisation, toujours sur la mesure à 45°.
C'est ça la violation de la localité et la contextualité : le résultat de l'expérience dépend d'une variable cachée : la position des filtres. Quand leurs positions changent, cela change par ricochet le résultat de l'expérience.

Je suis très à cheval sur les discours introduits par les vulgarisateurs pour attirer le chaland...même s'ils sont devenus monnaie courante ^^


Ce problème de variables cachées est de mon point de vue le plus intéressant de toute la physique (en astrophysique il y en a des pas mal aussi), et je sens que je vais passer encore pas mal de temps à étudier le sujet. Merci pour tes commentaires Pio

[Nicophil]

Salut,

Je dis simplement que je n'ai pas eu assez de preuves que toutes les explications ont été explorées. Pas assez convaincu pour me sentir obligé d'admettre des "actions instantanées à distance"...

Mais personne [de solide] ne te demande ça, enfin !

[Pio2001]

Dans le processus de conversion paramétrique descendante spontanée, l'état de polarisation de la paire intriquée est entièrement déterminé par l'état de polarisation du photon pompe et les conditions de phase matching. Est-ce que l'état de polarisation du photon pompe est une variable cachée ?

On peut a priori choisir ce qu'on veut comme variable cachée, mais pour que cela fonctionne, il faut qu'elle donne toutes les valeurs qu'on puisse mesurer.
Or, si un photon possède une polarisation linéaire sur une direction de 0° par rapport à un axe quelconque, par exemple, nous ne pouvons pas savoir si ce photon sera arrêté ou transmis par un polariseur orienté à 45° du précédent. Les probabilités sont de 50/50.

La connaissance de la polarisation originale ne nous est donc d'aucun secours comme variable cachée.

[Pio2001]

Ce problème de variables cachées est de mon point de vue le plus intéressant de toute la physique (en astrophysique il y en a des pas mal aussi), et je sens que je vais passer encore pas mal de temps à étudier le sujet. Merci pour tes commentaires Pio

De rien. C'est un plaisir de discuter avec quelqu'un qui pose les bonnes questions.

[curiossss]

Rebonjour,

Encore un détail qui me turlupine...

J'ai lu que les probabilités de passage dans un filtre polarisé sont les mêmes pour un photon passant successivement deux filtres polariseurs faisant un angle teta entre eux, et deux photons intriqués passant chacun par un seul de ces deux filtres (mais pas le même).

Dans le premier cas on sait que le passage par le premier filtre affecte le photon.

Dans le second cas le photon corrélé est affecté aussi.

Les situations sont différentes et pourtant les probabilités de passage des photons par les filtres sont les mêmes. Mais c'est tout à fait cohérent avec ce qu'on sait des photons intriqués.

Que déduire ? :
On peut conclure que puisque les deux photons ont été affectés par le passage d'un seul filtre, et les expériences le prouvent, donc il n'y a aucune variable cachée positionnée AVANT le départ des photons. Mais si c'est une variable cachée dynamique qui change en cours de voyage en fonction des positions des photons, des distances entre eux et les appareils de mesure, et d'éventuelles interactions avec les appareils de mesure avant de les atteindre ?
On a vu que des théorèmes ont étudié le cas de variables cachées dans l'environnement (CHSH et suivants). Même si elles sont dynamiques comme suggéré ci-dessus ? (d'après de que j'ai lu je crois que l'hypothèse sous-tendant ces théorèmes c'est que ces variables sont positionnées AVANT le départ des photons... Quelqu'un peut confirmer ou invalider ?)

Des interactions croisées avec l'environnement en cours de route feraient que par construction les deux photons n'ont pas des probabilités indépendantes (puisque l'environnement va agir sur les deux photons à la fois), et donc inutile de vouloir tester l'existence de variables cachées en se basant sur l'indépendance de leurs probabilités. On prouve uniquement qu'elles ne peuvent pas être positionnées avant le départ des photons.

C'est difficile à concevoir. Mais l'alternative est d'accepter une action à distance instantanée. C'est Charybde et Scylla.

[Pio2001]

Que déduire ? :
On peut conclure que puisque les deux photons ont été affectés par le passage d'un seul filtre, et les expériences le prouvent, donc il n'y a aucune variable cachée positionnée AVANT le départ des photons. Mais si c'est une variable cachée dynamique qui change en cours de voyage en fonction des positions des photons, des distances entre eux et les appareils de mesure, et d'éventuelles interactions avec les appareils de mesure avant de les atteindre ?
On a vu que des théorèmes ont étudié le cas de variables cachées dans l'environnement (CHSH et suivants). Même si elles sont dynamiques comme suggéré ci-dessus ? (d'après de que j'ai lu je crois que l'hypothèse sous-tendant ces théorèmes c'est que ces variables sont positionnées AVANT le départ des photons... Quelqu'un peut confirmer ou invalider ?)

Bonjour,
Hum... question compliquée. Cet exemple de démonstration pour une variante du théorème de Kochen-Specker donne des éléments de réponse (voir le tableau dans la partie "Overview") : https://en.wikipedia.org/wiki/Kochen...pecker_theorem

Je ne suis pas sûr de tout comprendre à cette démonstration de Wikipedia.

A mon avis, on peut imaginer faire l'expérience suivante : d'après le tableau donné en lien, on prépare 9 systèmes quantiques différents, chacun ayant une fonction d'onde comportant les quatre cellules d'une des 9 colonnes à poids égal.
Si on dispose de 9 appareils de mesure différents, chacun capable de mesurer le système selon l'une des neuf bases, on aura à chaque fois qu'on mesure le système quantique décrit dans une colonne par l'appareil correspondant à la même colonne une chance sur 4 d'obtenir l'un des quatre résultats possibles indiqués.

Si maintenant on veut introduire des variables cachées et éliminer le hasard quantique, alors sur une mesure donnée, une variable cachée indiquait à l'avance ce qu'on allait obtenir en faisant cette mesure. Par exemple pour la première colonne (appelons là A), si on obtient le résultat jaune, notre variable cachée indiquait "pour le système A et l'appareil A, on obtient la mesure jaune".

Le problème, c'est que la mécanique quantique dit que si on obtient le résultat jaune avec certitude, "alors notre état est identique à un état B où on obtient aussi le résultat jaune avec certitude". Bon, là je ne suis pas très sûr de moi. Il y a peut-être un trou dans mon raisonnement. Je ne sais pas trop comment l'exprimer.

Je pense que pour que nos variables cachées fonctionnent, elles doivent être plus générales et englober les informations dans les neuf colonnes. Une variable cachée qui marche et qui reproduit les résultats de la mécanique quantique dirait plutôt "pour le système A et l'appareil A, on obtient la mesure jaune, pour le système B et la mesure B on obtient le résultat violet" etc.

Ma première variable cachée serait "non contextuelle" (et ne pourra jamais être en accord avec les résultats de nos mesures quantiques), et la seconde serait "contextuelle", et pourrait reproduire sans problème n'importe quel résultat prédit par la mécanique quantique et observé en labo.

Et donc dans l'expérience d'Aspect, qui a fonctionné, ce qui tenait lieu de valeurs pour les autres colonnes (le polariseur de Bob pour la mesure d'Alice) était généré à distance. Cet élément indispensable pour disposer d'une variable cachée qui marche dans tous les cas de figure ne pouvait pas agir sur la mesure d'Alice sans dépasser la vitesse de la lumière.

Encore une fois, il faudrait refaire le raisonnement à tête reposée. Il faut avoir le temps.

Des interactions croisées avec l'environnement en cours de route feraient que par construction les deux photons n'ont pas des probabilités indépendantes (puisque l'environnement va agir sur les deux photons à la fois), et donc inutile de vouloir tester l'existence de variables cachées en se basant sur l'indépendance de leurs probabilités. On prouve uniquement qu'elles ne peuvent pas être positionnées avant le départ des photons.

C'est difficile à concevoir. Mais l'alternative est d'accepter une action à distance instantanée. C'est Charybde et Scylla.

Cela me paraît être une bonne analyse.

[curiossss]

Toutes ces réflexions me mènent à poser une question...

Est-ce que la MQ permet de dire ceci :
Toute interaction sur une des deux particules intriquées est accompagnée par la même interaction au même moment mais en sens inverse (c.a.d. tous les échanges de grandeurs physiques échangés en inversant leurs signes) ?

Ou bien l'autre particule est instantanément perturbée mais pas obligatoirement "en sens inverse" ?

C'est pour essayer de comprendre s'il y a une symétrie dans le phénomène de désintrication...

[Pio2001]

L'intrication ne fait pas forcément correspondre la même valeur chez les deux particules.

Pour la polarisation des photons, habituellement, si un photon a une polarisation, l'autre a la même.
Pour les spins de électrons, habituellement, si un électron a un spin, l'autre a le spin opposé.

Je pense qu'on peut aussi indirectement intriquer des valeurs quelconques, ni identiques, ni opposées. Par exemple dans l'expérience de la gomme quantique, si le photon du haut occupe une position correspondant au centre d'une frange, le photon du bas occupera la position du détecteur D3. La position des deux photons est intriquée (indirectement par l'intrication de leur phase), et les valeurs intriquées sont des coordonnées x, y, z quelconques.

Question à d'autres experts : la préparation de particules intriquées repose-t-elle obligatoirement sur une loi de conservation ? Pour les photons polarisés et les électrons, on obtient des paires intriquées par conservation du moment cinétique (qui se manifeste en spin ou en polarisation, qui sont conservés lors de la génération des deux particules).

Pour les fentes d'Young et la gomme quantique, j'ai parlé de phase, mais la phase n'est pas une observable. Est-ce que c'est la conservation de la quantité de mouvement qui garantit que les deux photons se comportent de la même façon ?

[coussin]

Question à d'autres experts : la préparation de particules intriquées repose-t-elle obligatoirement sur une loi de conservation ? Pour les photons polarisés et les électrons, on obtient des paires intriquées par conservation du moment cinétique (qui se manifeste en spin ou en polarisation, qui sont conservés lors de la génération des deux particules).

Oui. La quasi totalité des paires de photons intriqués se fait par SPDC (spontaneous parametric down conversion). Parmi ce processus, il y a le type I où la paire intriquée à la même polarisation et le type II où la paire a des polarisations orthogonales.
Je ne connais pas de processus pour intriquer une paire d'électrons libres. Par contre, des expériences ont été faites en dissociant une molécule diatomique; les états électroniques de la paire d'atomes étant intriqué en relation avec l'état électronique de la molécule.

Dans tous les cas, l’intrication provient d'une règle de conservation. Soit moment angulaire, moment linéaire, etc...

[coussin]

Je ne connais pas de processus pour intriquer une paire d'électrons libres.

On pourrait penser à une double ionisation d'un atome d'hélium. Cela créerait 2 électrons intriqués en spin. Aucune idée si cela a été fait...

[Nicophil]

C'est difficile à concevoir. Mais l'alternative est d'accepter une action à distance instantanée. C'est Charybde et Scylla.

Bon, je constate une évolution certaine du discours en moins de 24h ! Mais ça reste outrancier : ce n'est pas le choix entre la peste ou le choléra... je dirais plutôt entre le Sida ou le Covid-19.

[curiossss]

La désintrication quantique, toutes les expériences semblent le montrer, se fait de façon instantanée et donc si un signal quelconque provenant de la particule mesurée en premier devait voyager il devrait aller plus vite que la vitesse de la lumière.

La lumière transporte de l'énergie, et on a prouvé que rien ne pouvait aller plus vite que la lumière. Mais Rien c'est quoi ? La lumière transporte de l'énergie. La matière c'est de l'énergie, donc peut-être que la bonne formulation serait "Aucune énergie ne peut être transportée plus vite que la vitesse de la lumière".

On a déjà dû se poser la question. Quelle est la réponse ?

Et pour mon information personnelle :
La désintrication est la conséquence d'un transport d'énergie entre les deux particules intriquées ?
Par exemple un changement de polarité d'un photon demande de l'énergie ?

[coussin]

Quelle est la réponse ?

Que rien ne voyage entre les particules intriquées ?

[curiossss]

Que rien ne voyage entre les particules intriquées ?

Je vois :
Rien ne voyage plus vite que la lumière.
La lumière n'aurait pas eu le temps de faire le voyage entre les deux particules intriquées.
DONC rien ne voyage entre les particules intriquées au moment de la désintrication.

C'est un point de vue. Il doit y en avoir d'autres sinon tu n'aurais pas laissé un point d'interrogation ?

Sinon pour mes autres questions, cela a déjà fait l'objet de débats ?

[Pio2001]

La lumière transporte de l'énergie, et on a prouvé que rien ne pouvait aller plus vite que la lumière. Mais Rien c'est quoi ? La lumière transporte de l'énergie. La matière c'est de l'énergie, donc peut-être que la bonne formulation serait "Aucune énergie ne peut être transportée plus vite que la vitesse de la lumière".

On a déjà dû se poser la question. Quelle est la réponse ?

Rien, c'est ni l'énergie, ni la matière.
On dit aussi parfois que l'information ne peut pas dépasser la vitesse de la lumière, ce qui englobe à la fois énergie, matière ondes, particules, champs...

Par exemple un changement de polarité d'un photon demande de l'énergie ?

Le changement de polarisation d'un photon, oui, quoique si on fait une analogie avec une balle qui rebondit contre un mur, on va dire que le photon et le polariseur échangent de l'énergie.
Mais le photon de Bob n'acquiert sa polarisation qu'en passant dans le polariseur de Bob, et n'échange d'énergie qu'avec lui. Pas avec celui d'Alice.

Le hasard quantique est au coeur de l'intrication : la polarisation du photon de Bob est toujours aléatoire. Ce qui est bizarre, c'est que le résultat de ce tirage au sort est lié d'une certaine façon au comportement d'Alice.
Mais toujours de telle façon qu'aucune information ne soit directement transmise d'Alice vers Bob. Ce sont les deux hasards, celui vu par Alice et celui vu par Bob, qui, après coup, semblent corrélés. Cela ne peut être constaté qu'en comparant les résultats d'Alice avec les résultats de Bob après coup. Localement, Alice voit toujours le même hasard total et Bob le même hasard total quoi que fasse l'autre.

Et pour mon information personnelle :
La désintrication est la conséquence d'un transport d'énergie entre les deux particules intriquées ?

La désintrication n'est rien d'autre que la réduction du paquet d'onde total qui englobe Alice et Bob. Or une réduction de paquet d'onde, ce n'est en principe ni un transport de matière, ni un transport d'énergie (sauf dans certaines rares interprétations, qui du coup violent la limitation de la vitesse de la lumière).

L'interprétation la plus courante est qu'il s'agit de la mise à jour de l'information que possède un observateur au sujet d'un système.
Certaines interprétations disent que cette information n'existe que pour cet observateur (Rovelli), d'autres que cette information est l'information maximale que l'on peut connaître sur le système (Copenhague).

[Nicophil]

L'interprétation la plus courante est qu'il s'agit de la mise à jour de l'information que possède un observateur au sujet d'un système.

Et où a lieu cette mise à jour ?

[curiossss]

J'ai dégoté ces articles dans de vieilles discussions sur ce forum :

Quantum nonlocality based on finite-speed causal influences leads to superluminal signalling (2012)
https://arxiv.org/pdf/1110.3795.pdf

Quantum correlations in Newtonian space and time : arbitrarily fast communication or nonlocality (2018)
https://arxiv.org/pdf/1210.7308.pdf

Je ne sais pas si des tests ont été effectués pour vérifier ce qui y est dit.

[Pio2001]

Et où a lieu cette mise à jour ?

Localement, sur les appareils de mesure et dans la tête de l'observateur.

Prenons le cas d'une émission de particules intriquées vers Alice et Bob.
Info initiale possédée par Alice et Bob : quatre résultats sont possibles, + pour Alice et + pour Bob, qu'on notera ++, ou bien +-, ou -+ ou -- (en réalité, Alice et Bob connaissent la fonction d'onde qui leur donne ces résultats possibles).

Première mise à jour : Alice mesure la valeur +. Elle met à jour sa fonction d'onde en fonction de cette information, et désormais, pour elle, les résultats possibles sont ++ ou +-. Les deux autres sont éliminés.
Pendant ce temps, Bob mesure la valeur -. Lui aussi met à jour sa fonction d'onde. Mais sa connaissance n'est pas tout-à-fait la même que celle d'Alice. Sa fonction d'onde à lui donne comme résultats possibles soit +-, soit --, car il ignore ce qu'Alice a mesuré.

Enfin, Alice et Bob se rencontrent (ou bien, de façon plus réaliste, les signaux envoyés par les détecteurs dans les câbles atteignent le compteur de coïncidences du laboratoire). Ils apprennent chacun quel était le résultat obtenu par l'autre. Ils mettent à nouveau à jour leur fonction d'onde, qui maintenant ne décrit plus qu'un seul état : +-.

Naturellement, dans tout ça, quand on dit que quelqu'un "met à jour ses connaissances", on considère en fait que tous les objets physiques dans l'environnement immédiat de la particule et du détecteur qui l'a avalée se mettent à évoluer selon cette nouvelle fonction d'onde (et selon le hasard quantique).
Le cerveau de l'observateur n'étant sûrement pas le premier à le faire, vu la lenteur de l'esprit humain par rapport aux photon et aux puces électroniques qui ont enregistré les impacts.

[curiossss]

On est donc dans le cas de variables cachées non locales : ce ne sont pas uniquement les particules intriquées qui sont porteuses de toutes les variables nécessaires au résultat de l'expérience.

Je me demandais aussi si on tient assez compte des durées des interactions. A partir de quel moment commence une interaction et se termine cette interaction ? Idem pour les émissions de photons...

Même questionnement pour l'étendue spatiale des fonctions d'onde...