Des physiciens quantiques font vivre (et tuent) le chat de Schrödinger

L''expérience de pensée bien connue du chat de Schrödinger a montré combien il est difficile d''appliquer la théorie quantique dans la vie réelle. Mais les photons n''ont pas le même comportement que les chats. Grâce au principe de superposition, les photons peuvent tout être à la fois, dans tous les états et partout, en même temps. Ils n''obéissent même pas aux règles de cause et d''effet qui font que des événements se succèdent les uns aux autres selon un certain ordre de causalité.

Des physiciens financés par l''EU de l''Université de Vienne ont découvert un nouveau moyen de ''regarder'' cet ordre causal indéfini, comparant leur expérience à une coureuse, Alice, qui gagne et perd simultanément une course. Philip Walther et son équipe, qui travaillent sur le projet EQUAM (Emulators of Quantum Frustrated Magnetism), pensent que le fait de brouiller l''ordre causal leur permettra de faire des progrès en informatique et communications.

Puis-je avoir un témoin (causal)?

Le problème avec la superposition, c''est que dès que vous essayez de la ''voir'' ou de la mesurer, elle cesse d''exister. Pour qu''une particule quantique soit tout à la fois, cela suppose un état défini. En bref, si vous ouvrez la boîte de Schrödinger, vous réduisez l''expérience à néant. Par conséquent, pour tenter de prouver l''absence d''ordre causal, les scientifiques devaient l''inférer à partir de la réussite d''un algorithme plutôt qu''en le mesurant directement. Mais l''équipe EQUAM a trouvé un troisième moyen.

S''appuyant sur un concept de mathématique théorique appelé ''témoin causal'' défini par le groupe de Caslav Brukner, de l''Académie autrichienne des sciences, Philip Walther et son équipe ont pu montrer, pour la première fois, qu''un processus quantique n''était pas le fruit d''un ordre causal.

Un important pas en avant

Dans leur expérience, les scientifiques ont utilisé un appareil optique pour séparer un faisceau de lumière en deux et ont fait en sorte de brouiller l''ordre des différents chemins empruntés par la lumière. Afin de ne pas perturber ce processus fragile, ils ont mis en place un autre système quantique ayant pour rôle de signaler quand la lumière passait. Le témoin causal mesurait ce système quantique supplémentaire tout en préservant la superposition.

Le témoin causal a confirmé que les photons avaient traversé les deux opérations quantiques dans deux ordres en même temps. Autrement dit, ils ont pu ''voir'' Alice gagner et perdre la course, et mesurer le degré de superposition des deux situations. «Notre démonstration expérimentale constitue une important pas en avant dans ce domaine puisqu''elle démontre comment extraire des informations dans ces processus sans perturber leur nature quantique», a déclaré Giulia Rubino, auteur principal de l''étude.

Il existe déjà de nombreuses études sur le rôle des relations causales, mais l''équipe du projet EQUAM est passée de la théorie au laboratoire. Le prochain objectif de l''équipe est de créer des superpositions de processus plus complexes afin de mieux comprendre les relations causales.

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