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Le secret de la non-localité quantique : pourquoi les particules quantiques semblent-elles violer la limite de la vitesse de la lumière ?
Les caractéristiques profondes de la mécanique quantique et les problèmes de non-localité qui y sont liés ont longtemps été au centre des discussions entre physiciens et philosophes. Les idées conventionnelles de la physique sont remises en question lorsque nous essayons de comprendre les mystères du monde quantique, car les particules quantiques se comportent d’une manière qui semble violer les limites de la vitesse de la lumière. Comment cela est-il arrivé ? C’est exactement la question à laquelle le test Bell a tenté de répondre.
Depuis 2015, tous les tests de Bell ont montré que l’hypothèse de variables cachées locales est incompatible avec le comportement des systèmes physiques.
Contexte et importance de l'expérience de Bell
L'expérience de Bell, nommée d'après John Stuart Bell, a été conçue pour tester la relation entre la mécanique quantique et la théorie du réalisme local d'Albert Einstein. La position réaliste locale soutient que le comportement des particules doit être expliqué par certaines variables locales non observées, appelées « variables cachées ». Cependant, cette vision a été remise en question avec l’introduction de l’inégalité de Bell.
L'intrication quantique et le paradoxe EPR
L’intrication quantique est le concept central de l’expérience de Bell. En 1935, Einstein et ses collègues ont proposé le célèbre paradoxe EPR, affirmant que les prédictions de la mécanique quantique semblaient impliquer que l'information pouvait être transférée instantanément entre les particules, ce qui violerait la loi de causalité. Cela signifie que les interactions entre les particules quantiques ne sont pas seulement déterminées par une variable locale cachée, mais peuvent être non locales.
Si certaines informations sont connues, alors selon le principe d'incertitude de Heisenberg, il existe d'autres informations qui ne peuvent pas être connues.
Vérification expérimentale de l'inégalité de Bell
Les expériences sur l’inégalité de Bell impliquent des mesures sur deux ou plusieurs particules intriquées. Les conceptions expérimentales impliquent généralement l’observation d’une particule, comme un photon, et la sélection de ses propriétés (comme sa polarisation) à mesurer. Si les résultats expérimentaux violent l’inégalité de Bell, l’hypothèse de variables cachées locales peut être exclue. Tous les résultats des tests de Bell à ce jour soutiennent les prédictions de la physique quantique plutôt que la théorie des variables cachées locales.
L'expérience Bell qui a marqué l'histoire
Depuis les années 1970, les physiciens ont commencé à mener diverses expériences de Bell. Certaines expériences importantes incluent :
- En 1972, Stuart J. Friedman et John Crowther ont réalisé la première expérience visant à observer une violation de l’inégalité de Bell.
- En 1982, Alain Aspert et son équipe ont réalisé en France le célèbre test de Bell, qui fut la première expérience dans laquelle les paramètres de mesure étaient sélectionnés aléatoirement pendant le vol des photons.
- En 2015, l’expérience de Hensen et al. a réussi à combler à la fois la faille de détection et la faille de localité, ce qui a fourni un soutien expérimental plus fort à la violation de l’inégalité de Bell.
En raison de la violation de l’inégalité de Bell, les scientifiques ont réalisé que les propriétés uniques apportées par l’intrication quantique ont jeté les bases de la prospérité de la théorie de l’information quantique. Ce nouveau domaine de la physique se concentre sur les applications potentielles en informatique quantique et en communications quantiques, en particulier en cryptographie quantique. La cryptographie quantique utilise les propriétés des systèmes quantiques pour développer des méthodes de communication sécurisées, ce qui constitue sans aucun doute une application importante de la mécanique quantique.
Regard vers l'avenir
Avec les progrès de la technologie expérimentale, la compréhension du monde quantique par les physiciens continue de s'approfondir et des expériences de Bell plus complexes sont également en cours. Non seulement ils vérifient les prédictions théoriques de la mécanique quantique, mais ils nous obligent également à réexaminer la nature de la réalité. Dans cet univers plein d’incertitude, pouvons-nous trouver une forme de certitude ?
