Les idées clés

L'impensable hasard. Non-localité, téléportation et autres merveilles quantiques

Nicolas Gisin, 2012

Deux boîtes aux deux bouts d'une ville accordent leurs réponses plus souvent que ne le permettrait n'importe quelle entente conclue à l'avance. Et pourtant, aucune des deux ne peut transmettre le moindre mot à l'autre. Le physicien Nicolas Gisin, qui a lui-même mené de telles expériences près de Genève, explique cette énigme à l'aide d'un jeu simple et sans formules. Nous verrons ce qui est prouvé par l'expérience et ce qui reste une interprétation de l'auteur.

Pour qui

Pour celles et ceux qui ont entendu parler d'« intrication quantique » et veulent comprendre ce qui y est mesuré, ce qui relève de l'interprétation et ce qui n'est qu'un grand mot.

Le plus intéressant en physique, ce ne sont pas les mathématiques, ce sont les idées.

De quoi parle le livre

Dieu joue-t-il aux dés ? Einstein, on le sait, pensait que non. Nicolas Gisin ouvre son livre sur cette question et y ajoute la sienne : et les physiciens, à quoi jouent-ils ?

Imagine deux boîtes aux deux bouts d'une ville. Leurs réponses s'accordent plus souvent que ne le permettrait n'importe quelle entente conclue à l'avance. Pourtant, chaque boîte, prise seule, donne des réponses qui ressemblent à un tirage à pile ou face. Comment est-ce possible ? Gisin, physicien à l'Université de Genève, a lui-même mené ces expériences, et il les explique sans formules.

Posons tout de suite un cadre honnête. Le livre a trois couches : ce qui est mesuré par les expériences, la façon dont Gisin lui-même l'interprète, et ce qui reste ouvert. Dans la suite, nous indiquerons à chaque fois de quelle couche il s'agit.

Idée 1. Le jeu de Bell

Gisin explique l'essentiel par un jeu. Alice et Bob sont assis loin l'un de l'autre. Chacun a une boîte munie d'un joystick. Chacun pousse librement le joystick à gauche ou à droite, et l'écran affiche 0 ou 1.

L'équipe gagne une manche selon des règles simples. Si les deux ont poussé à droite, les réponses doivent être différentes. Dans tous les autres cas, les réponses doivent être identiques.

Peut-on gagner à tous les coups ? Supposons que les boîtes aient reçu à l'avance des listes de réponses toutes prêtes, comme des antisèches. En passant en revue toutes ces stratégies, Gisin montre que, quelle que soit la façon de rédiger les listes, on ne gagne pas plus de trois manches sur quatre. Ce plafond, valable pour toutes les réponses préparées d'avance, porte un nom : l'inégalité de Bell.

Deux amis passent un oral dans deux salles différentes et se sont mis d'accord à l'avance sur leurs réponses. Quel que soit l'accord imaginé, il échouera sur l'un des quatre types de questions. C'est une analogie de Livria.

Le jeu transforme un débat philosophique en décompte de points. Si quelqu'un gagne régulièrement plus de trois manches sur quatre, l'explication par des réponses préparées ne tient plus.

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L'auteur

Nicolas Gisin est un physicien suisse, professeur à l'Université de Genève. Son groupe a mené des expériences avec des photons intriqués sur plus de dix kilomètres, ainsi que des expériences de téléportation quantique. Il est cofondateur de la société ID Quantique et lauréat du prix John Stewart Bell (2009).

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Notions du livre

  • Inégalité de Bell: Un plafond mathématique pour les corrélations qu'on peut expliquer par des réponses préparées à l'avance. Dans le jeu de Gisin, ce sont au plus trois victoires sur quatre. Sa violation a été mesurée de nombreuses fois dans des expériences.
  • Intrication: Un lien particulier entre des particules quantiques : les résultats des mesures faites sur elles peuvent s'accorder plus fortement que ne le permettent toutes les réponses préparées d'avance.
  • Non-localité: Propriété de corrélations qu'on ne peut expliquer ni par une cause commune fixée à l'avance, ni par un signal entre les deux côtés. De telles corrélations ne permettent pas d'envoyer des messages plus vite que la lumière.
  • Vrai hasard: Un hasard qui, selon Gisin, apparaît au moment de la mesure et ne se réduit pas à notre ignorance. C'est l'interprétation de l'auteur, et non la seule admise en physique.
  • Téléportation: Le transfert de l'état quantique d'une particule à l'aide d'une paire intriquée et d'un message ordinaire. Aucune matière n'est déplacée, et l'état de départ est détruit.
  • Cryptographie quantique: Une manière de créer une clé secrète commune, où une tentative d'écoute peut être détectée. La fiabilité des systèmes réels dépend aussi de leur réalisation technique.

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