Vous êtes vous déjà demandé si l’on pourrait dans un futur proche se téléporter comme dans Star Trek ? Et bien pas du tout, on en est même très loin, mais ce qui se passe actuellement dans l’étude de la physique quantique est tout aussi excitant.
Nous allons dans ce court blog d’introduction à l’intrication quantique expliquer les principes de bases et phénomènes qui régissent cette partie très intéressante de la physique quantique, avant de nous intéresser aux applications possibles de l’intrication, et comment elles pourraient bien révolutionner le monde que l’on connaît aujourd'hui.
Le concept d'intrication quantique, également connu sous le nom de téléportation quantique, a été introduit pour la première fois au milieu des années 1930 par Erwin Schrödinger et Albert Einstein. Ce phénomène extraordinairement captivant est fondamental pour la physique quantique, révélant un lien invisible entre deux particules qui ont interagi ensemble. Ce principe, appelé l'inséparabilité, stipule que si deux particules interagissent à un moment donné, elles seront liées de manière indissociable pour toujours, créant ainsi un état d'intrication. De plus, les propriétés des deux particules resteront toujours interdépendantes l'une de l'autre. Cette inséparabilité transcende même la distance qui sépare les particules, car deux particules intriquées maintiendront leur lien, peu importe la distance qui les sépare.
Également, une caractéristique clé de l'intrication quantique est que l'état des particules intriquées n'est pas déterminé avant d'être mesuré (dans le cas d’un électron, celui-ci peut occuper plusieurs positions à la fois avant que l’on ne l’observe). Au lieu de cela, ces particules existent dans un état superposé, ce qui signifie qu'elles peuvent se trouver dans plusieurs états simultanément (l’état d’une particule est un terme qui décrit la position, vitesse et plus généralement les caractéristiques d’une particule) jusqu'à ce qu'une mesure soit effectuée.
Un aspect étonnant de l'intrication quantique est que lorsque l'état de l'une des particules est mesuré, l'état de l'autre particule intriquée se détermine instantanément, peu importe la distance les séparant. Cela signifie que des changements apportés à l'une des particules intriquées auront un effet instantané sur l'autre, quelle que soit la distance qui les séparent.
Afin de mieux comprendre ce principe nous allons traiter un exemple. Imaginez que nous possédons deux particules, une blanche, l’autre noir. Nous allons intriquer ces particules, elles seront maintenant soumises au principe d’inséparabilité, ce qui signifie que si l’une est noire, l’autre est blanche. On les place dans deux boîtes, sans les observer afin qu’elles restent dans un état superposé (à la fois blanche et noire). On va maintenant envoyer l’une de ses boîtes au fin fond de l’univers pendant que l’autre reste sur terre, lorsque l’on ouvre celle restée sur terre, on observe une particule blanche, ce qui signifie que l’autre particule est noire. On va maintenant changer la couleur de la particule blanche en la rendant noire.
Du fait de l’intrication entre les particules, la deuxième va instantanément devenir noire, et la première va instantanément devenir blanche.
Ceci malgré la distance qui les séparent, et l’on peut répéter ce processus autant de fois que l’on veut.
On peut ainsi transmettre de l’information d’un point A à un point B presque instantanément !
Une expérience de pensée extrêmement connu mettant en scène l’intrication quantique est le fameux chat de Schrödinger, il imagine qu'un chat est enfermé dans une boîte pourvue d'un dispositif déclenchant l'ouverture d'une fiole de cyanure à la désintégration d'un atome radioactif. En physique quantique, avant toute mesure, l'atome se trouve dans deux états superposés « désintégré » et « non désintégré ». En conséquence, le chat est dans deux états superposés « mort » et « vivant », et l’on ne peut savoir l’état réel du chat sans ouvrir la boîte, sans “l’observer”.
Mais vous devez surement maintenant vous demander à quoi peut bien servir l’intrication quantique (à part à créer des chats mort-vivants) et que les promesses de révolutions technologiques semblent bien exagérées.
Mais si vous avez lu attentivement cette courte explication, vous avez dû remarquer que nous avons mentionné un transfert d’information, en effet si notre particule blanche était un 1 et notre particule noire était un 0, nous pouvons en théorie transmettre du code binaire à travers l’immensité de l’espace instantanément.
Et bien oui mais non, car pour que deux particules restent intriquées il faut qu'elles n'interagissent avec aucune autre particules, champ magnétique ou champ électromagnétique, ce qui rend l’envoie de notre particule au fin fond de l’univers quelque peu irréalisable.
Malgré tout, en 2020, une équipe de chercheurs chinois de l’Université de science et technologie de Chine (USTC), basée à Hefei à réussi à effectuer une téléportation quantique terre espace sur 1400 km à l’aide d’un électron et un an plus tard, en 2021 une équipe de chercheurs américains du California Institute of Technology a prouvé que le photon, était une particule de choix pour la téléportation quantique d’information. Aujourd’hui de nombreuses expériences ont lieu dans le monde entier afin de repousser toujours plus loin les distances de la téléportation quantique, tout en transmettant le plus d’informations possible. On peut par exemple citer l’équipe de Ronald Hanson, de l’université de Delft qui vient de mettre au point un dispositif de téléportation quantique qui fonctionnerait pour des utilisateurs éloignés l’un de l’autre, et qui fonctionne dans les deux sens.
On assiste donc à une véritable course à l’information quantique, qui pourrait bien complètement révolutionner le monde de l’informatique.
Blog écrit par : Sacha Ferry, Jules Lamare
Sources :
https://www.pourlascience.fr/sd/physique/la-teleportation-quantique-fait-un-bond-en-avant-24004.php
https://www.youtube.com/watch?v=VUrNzoOGz4M
https://www.youtube.com/watch?v=6jStNTOF1HM
https://www.sciencesetavenir.fr/high-tech/une-teleportation-reussie-sur-25-km-de-distance_35679
https://www.slate.fr/story/239884/intrication-quantique-utilite-physique-sciences-ordinateur-teleportation-cryptographie
https://www.youtube.com/watch?v=zPolTp0ddRg (explication de la superposition d’état en simultanée d’une particule)
https://www.polytechnique.edu/actualites/lintrication-quantique-du-debat-philosophique-au-prix-nobel
