Décohérence et intrication

[mr green genes]

Bonjour tout le monde,


J'ai regardé cet exposé très intéressant de Serge Haroche, mais il m'a posé un problème ( qui risquerait de mobiliser tout mon cerveau pendant longtemps si jamais je n'arrive pas à comprendre )


Dans cet exposé, S Haroche parle du chat de Shroedinger et explique qu'il ne peut pas être vivant ET mort, car un chat un système macroscopique, donc forcément interagit avec son environnement : les mollécules qui composent l'air qui l'entoure par exemple vont interragir avec lui et de ce fait servir "d'espions" qui vont provoquer la décohérence, ce qui réduit très vite le système à un seul état ( soit le chat et vivant, soit il est mort ) il n'y a donc plus superposition d'états ( le chat n'est pas vivant ET mort )

Ensuite il raconte des expériences très interessantes qu'il fait avec des atomes dans des cavité :
on fait rentrer un atome de rydberg dans une cavité formée de 2 "miroirs". L'atome peut passer dans un état d'excitation inférieur en lachant un photon, qui restera piégé dans la cavité. Une fois que l'atome sort il se retrouve dans une superposition d'états ( il est à la fois dans l'état très excité et dans un état moins excité )
Jusque là ça ne me pose pas de problèmes ( du moins pas plus qu'à tout le monde )
Mais en suite il fait rentrer un second atome dans cette cavité, en le faisant rester dedans assez longtemps pour qu'il soit obligé de capter un photon s'il y en a un et ainsi passer dans un niveau supérieur.

Donc là normalement ce qui s'en suit est que les 2 atomes sont intriqués : ils se retrouvent dans une superposition d'états où on le premier excité l'autre pas et l'inverse.

Mais ce qui me pose problème c'est : pourquoi quand e 2nd atome capte le photon il n'y a pas décohérence, réduisant ainsi le système à un seul état ?
Pourquoi quand c'est le chat qui interagit avec son environnement il y a décohérence et quand c'est l'atome qui interagit il y a intrication ?

Il y a forcément quelque chose que j'ai pas compris, merci de me dire quoi




Et une petites question subsidiaire : qu'est ce exactement qu'un atome de Rydberg ?
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[invite88ef51f0]

Salut,
Tout dépend de l'ampleur des interactions de ton sytème avec le reste du monde... C'est ça qui entraîne la décohérence.

qu'est ce exactement qu'un atome de Rydberg ?

C'est un atome dont un électron est excité et se trouve sur une orbitale très éloignée du noyau. Ca donne une sorte d'atome géant.

[invitedbbf840a]

Hello,

Plus le système est complexe plus la décohérence sera rapide. Elle est quasi instantanée pour un chat. Mais si le système n'est fait que de quelques particules alors il sera très stable face à l'environnement.

[invite8ef93ceb]

Hello,

Plus le système est complexe plus la décohérence sera rapide. Elle est quasi instantanée pour un chat. Mais si le système n'est fait que de quelques particules alors il sera très stable face à l'environnement.

Bonjour,

Pourquoi?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitedbbf840a]

Euh... ça je sais pas !
Tout ce que je sais c'est que plus un objet est constitué d'une superposition quantique complexe, plus l'environnement perturbe facilement la cohérence de la fonction d'onde de cet objet.
C'est ce qui est censé engendrer le passage du niveau quantique au niveau classique du monde macroscopique.
Que ce passerait-il si le chat était totalement isolé de son environnement ?

[mr green genes]

J'ai bien compris que plus un système est gros, plus il a de chances d'être perturbé par son environement, mais ce qui m'intrigue, c'est que le système formé par le premier atome et son photon, si microscopique soit-il est quand même perturbé par son environnement au moment où le second atome passe dans la cavité.

Donc alors je me demandais pourquoi il n'y avait pas décohérence. Est-ce simplement parce que c'est un petit système ?
Ca voudrait dire que quand 2 systèmes "petits" interragissent" il y a intrication mais quand un petit système interagit avec un gors, alors il n'y a pas intrication mais décohérence ...
Ca me semble un peu trop simple comme explication.

Tout dépend de l'ampleur des interactions de ton sytème avec le reste du monde... C'est ça qui entraîne la décohérence.

Merci de ta réponse, mais elle est un peu vague ^^
Qu'entends tu par "l'ampleur des interactions" ? le nombre de fois que le système interragit ? l'ampleur des conséquences qu'elles ont ? le ombre de particules concernées ?

je reste très perplexe

[chaverondier]

Que se passerait-il si le chat de Schrödinger était totalement isolé de son environnement ?

Si on en croit la mécanique quantique (donc l'absence de phénomène physique objectif de réduction du paquet d'onde), pour un observateur extérieur, le chat de Schrödinger resterait dans un état quantique superposé mort-vivant, cette superposition quantique étant caractérisée par la possibilité de faire interférer les deux composantes de l'état quantique du chat. BC

[ClairEsprit]

Bonjour,

Si on en croit la mécanique quantique (donc l'absence de phénomène physique objectif de réduction du paquet d'onde), pour un observateur extérieur, le chat de Schrödinger resterait dans un état quantique superposé mort-vivant, cette superposition quantique étant caractérisée par la possibilité de faire interférer les deux composantes de l'état quantique du chat. BC

Peut-on parler vraiment d'état quantique ? Dans l'expérience du chat, il y a un sous-système composé d'un atome radioactif dont la désintégration est détectée par un compteur Geiger pilotant un relais lié à un marteau devant briser une ampoule de poison. Le fait de partir de |atome désintégé> et |atome non désintégré> est-il vraiment correct ? A-t-on ici une véritable base des états du sous-système atome radioactif ? Les états quantiques me semble-t-il ne portent pas sur des notions aussi floues et doivent raisonner à partir d'observables physiques, non ? La modélisation quantique de l'atome radioactif ne peut être aussi simple. N'y a t-il pas confusion dans l'histoire du chat entre état probable d'un système et probabilité d'un état quantique d'un système ?

[chaverondier]

N'y a t-il pas confusion dans l'histoire du chat entre état probable d'un système et probabilité d'un état quantique d'un système ?

Dans les questions posées, on remarque parfois une confusion entre
* un état quantique pur superposé, état dans lequel les diverses composantes de cet état quantique (relativement à une base de vecteurs propres d'une observable) sont susceptibles d'interférer
* un état dit mixte qui représente
- soit un ensemble d'états quantiques purs se distribuant statistiquement parmi différents états possibles
- soit une distribution de probabilités traduisant une connaissance incomplète de l'état quantique d'un système (dans un état quantique connu seulement statistiquement).

Dans l'expérience du chat, ce que Schrödinger a voulu souligner, c'est qu'on ne connait pas le mécanisme qui fait basculer le chat (une image pour un système macroscopique en interaction avec un système plus petit) de "l'état quantique pur superposé mort et vivant" à "l'état quantique pur mort" ou à "l'état quantique pur vif". Le phénomène prévu et constaté expérimentalement de décohérence n'apporte une réponse au problème de la mesure quantique que si on complète cette constatation par l'interprétation d'Everett (1).

Apparemment, il n'y a pas encore de consensus sur ce qui provoque l'obtention d'un unique résultat observé à l'issue d'une mesure quantique. A moins d'envisager l'interprétation Bohmienne, la mesure quantique entre apparemment en conflit (du moins sur la base de nos connaissances actuelles)
* soit avec la dynamique d'évolution des états quantique elle-même (et avec le principe de causalité relativiste),
* soit avec l'hypothèse selon laquelle il y aurait existence objective d'un résultat de mesure unique indépendamment de l'existence ou pas d'un observateur. BC

(1) L'interprétation d'Everett découle de l'hypothèse selon laquelle, l'observateur serait un système quantique comme les autres, se mettant donc lui aussi dans un état quantique superposé quand il interagit avec un appareil de mesure lui-même préalablement mis dans un état quantique superposé par son interaction avec un système quantique dans un état quantique superposé (vis à vis de l'observable associée à cet appareil de mesure).