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Intrication quantique : un record de distance de deux kilomètres !

par Laurent Sacco 2 Décembre 2015, 13:09 Physique quantique

Intrication quantique : un record de distance de deux kilomètres !

Un groupe de physiciens a montré que l'intrication quantique pouvait être obtenue avec des électrons distants de presque deux kilomètres. Un record qui pourrait permettre aux réseaux de télécommunications quantiques d'utiliser cette intrication dans des ordinateurs quantiques.

Les chercheurs ont utilisé un dispositif d'optique non linéaire avec un guide d'ondes utilisé pour intriquer des électrons séparés par presque deux kilomètres avec une fibre optique. © Stanford University, L.A. Cicero

Cette année marque le centenaire de la découverte de la relativité générale ; elle marque aussi les 150 ans de la découverte par Maxwell des équations de l’électromagnétisme, au moins indirectement dans le cadre de l’année internationale de la lumière. C’est en effet à cette date que Maxwell a publié ses travaux montrant que la lumière était en fait une manifestation du champ électromagnétique. L'occasion également de célébrer dans ce cadre les 110 ans de la découverte des quanta de lumière par Einstein et les 80 ans de la publication de l’article sur le fameux effet EPR (pour Einstein Podolski Rosen).

Derrière cet effet désormais célèbre – suite aux travaux de John Bell et Alain Aspect –, se cache un des phénomènes les plus troublants de la mécanique quantique : l’intrication. Lorsque deux particules sont intriquées, elles forment en réalité un seul tout et certaines mesures sur l’état de l’une de ces particules, par exemple son spin, vont influer sur l’état de l’autre particule quelle que soit sa distance et plus rapidement que la lumière. Il n'est pas possible de se servir de ce phénomène pour transmettre des signaux à vitesse transluminique ; en clair, impossible de s’en servir pour communiquer quasi instantanément avec des E.T. à des centaines ou des milliers d’années-lumière dans la Voie lactée. Cependant, il est possible de s’en servir dans le domaine de l’information quantique.

De gauche à droite, Niels Bohr et Albert Einstein en pleine réflexion sur les mystères de la physique quantique. © Ehrenfest, Wikimedia Commons, DP

L’intrication quantique intervient en effet lorsqu'il est question de téléportation quantique ou des mythiques ordinateurs quantiques par exemple. Elle est également utile pour faire de la cryptographie quantique ; certains rêvent ainsi d'un nouveau type de réseaux de communication proprement quantiques. En dehors de ces applications qui intéressent banquiers et militaires, les physiciens réfléchissent aussi à la nature profonde de l’intrication quantique. Rien que de ce point de vue, savoir si l’intrication quantique persiste bien avec la distance est du plus haut intérêt.

Des paires d'électrons dans des boîtes quantiques

Des chercheurs de l’université de Stanford (Californie, États-Unis) ont justement réussi un test de ce genre, comme ils l’expliquent dans un article paru dans Nature. Ils ont même battu un record en montrant que des paires d’électronsdans des boîtes quantiques pouvaient être intriquées bien qu’elles soient séparées de presque deux kilomètres.

Pour réussir cet exploit, les chercheurs ont dû résoudre plusieurs problèmes. Le principe de l’expérience était le suivant : deux électrons possédant un état de spin donné et séparés par presque deux kilomètres sont d’abord utilisés chacun pour émettre une paire de photons polarisés. Le moment cinétique de ces photons, donc leurs spins, est relié aux spins des électrons. Dans chaque paire de photons, qui reste intriquée avec l’électron qui l’a produite, les chercheurs ont prélevé l'un de ces quanta de lumière pour le faire se propager dans une fibre optique. Ces photons finissent ensuite par se rencontrer dans un dispositif où ils s’intriquent à leur tour, ce qui provoque finalement l’intrication des deux électrons.

Dans un premier temps, les physiciens ont trouvé un protocole expérimental pour tenir compte du fait que l’intrication des photons avec les électrons émetteurs a tendance à se dégrader d’une certaine manière avec la distance franchie dans les fibres optiques.

Le vrai problème a probablement été d’intriquer les photons au moyen d’un processus dit d’interférence à deux photons. Pour cela il fallait notamment s’assurer que les deux photons aient la même longueur d’onde, ce qui ne va pas de soi. Cela a été fait à l’entrée des fibres optiques en introduisant un convertisseur de longueur d’onde qui, non seulement s’assurait que les photons respectent bien cette exigence, mais décalait aussi la longueur d’onde afin que celle-ci soit optimale pour une transmission la plus rapide possible.

À découvrir en vidéo autour de ce sujet :

Débusquée dans les équations et les principes de la physique quantique par Einstein et Schrödinger, l’intrication quantique permet de téléporter de l’information entre deux particules. Ce transfert qui semble instantané, fleurtant avec la science fiction, est très intriguant. Mais il a été constaté en laboratoire. Pourrait-on imaginer la possibilité d’une téléportation humaine ? Dans le cadre de sa série de vidéos Questions d’experts, sur la physique et l’astrophysique, l’éditeur De Boeck a interrogé Olivier Pujol, maître de conférence à l’Université de Lille, sur cette possibilité.

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​A VOIR ICI LA VIDEO

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