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Posté par Redbran le Samedi 14/10/2017 à 00:00
Un photon révèle l’intrication de 16 millions d’atomes
La théorie quantique le prédit sans équivoque: un grand nombre d’atomes peuvent êtres intriqués, liés entre eux par une relation quantique très forte, même dans une structure macroscopique. Mais les preuves expérimentales faisaient jusqu’ici largement défaut, même si des progrès récents ont permis de montrer l’intrication de 2900 atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie...). En repensant le traitement des données issues de leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...), des chercheurs de l’Université de Genève (UNIGE) ont changé d’échelle, prouvant l’intrication de 16 millions d’atomes au sein (Le sein (du latin sinus, « courbure, sinuosité, pli ») ou la poitrine dans son ensemble, constitue la région ventrale...) d’un cristal (Cristal est un terme usuel pour désigner un solide aux formes régulières, bien que cet usage diffère quelque peu de la définition...) d’un centimètre de côté. Une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) à découvrir dans la revue Nature Communications.


Vue partielle de la source de photons uniques. Ceux-ci seront ensuite stockés dans la mémoire quantique, afin de générer de l’intrication parmi un grand nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d’atomes dans la mémoire. (UNIGE)
Les lois de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la connaissance de la...) quantique permettent aujourd’hui d’émettre des signaux dont toute interception par un tiers est aussitôt détectée. Cette propriété est essentielle pour la protection des données et plus spécifiquement pour l’industrie du cryptage (En cryptographie, le chiffrement (parfois appelé à tort cryptage) est le procédé grâce auquel on peut rendre la compréhension d'un document impossible à...), qui peut désormais garantir à ses clients que leurs messages n’ont pas été lus en chemin. Encore faut-il que ces signaux puissent voyager sur de longues distances grâce à des relais un peu particuliers, des répéteurs quantiques. Ce sont des cristaux dont les atomes sont intriqués, unis (L'UNIS, pour UNIversité du Svalbard, est une université norvégienne implantée en 1993, à Longyearbyen (2000 habitants), principale...) par une relation quantique très forte. Lorsqu’un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées...) pénètre ce petit bloc de cristal enrichi d’atomes de terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la...) rare et refroidi à 270 degrés sous zéro, trois degrés à peine au-dessus du zéro absolu, il crée cette intrication entre les millions d’atomes qu’il traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et...). La théorie le prédit sans équivoque et le phénomène se produit bien, puisque le cristal remplit sa fonction et réémet sans la lire l’information qu’il a reçue, sous forme d’un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique....) unique.

L’analyse de la lumière, clé de voûte de la recherche

Il est relativement facile d’intriquer deux particules, la scission d’un photon génère par exemple deux photons intriqués, aux propriétés et au comportement identiques. «Mais il est impossible d’observer directement un phénomène d’intrication entre plusieurs millions d’atomes tant la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre...) de données qu’il faudrait collecter et analyser est importante», explique Florian Fröwis, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les...) au sein du Groupe de physique appliquée de la Faculté des sciences de l’UNIGE. Avec ses collaborateurs, il a donc choisi une voie indirecte, se demandant d’abord quelles mesures il était possible de réaliser, puis, parmi toutes celles-ci, lesquelles étaient pertinentes. Les chercheurs se sont penchés sur les caractéristiques de la lumière réémise par le cristal, analysant ses propriétés statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle comprend la collecte, l'analyse, l'interprétation de données ainsi que la présentation de ces ressources afin de les...) et les probabilités qui les accompagnent, en traquant deux indices majeurs: que la lumière soit réémise dans une seule direction plutôt que de rayonner à partir du cristal, et que l’émission soit constituée d’un photon unique. C’est ainsi qu’ils ont pu démontrer l’intrication de 16 millions d’atomes, là où les observations précédentes plafonnaient à quelques milliers. A noter qu’une recherche parallèle, menée par des scientifiques de l’Université de Calgary, au Canada, démontre elle aussi l’intrication entre de nombreux groupes d’atomes. «Nous n’avons pas changé les lois de la physique», souligne Mikael Afzelius, du Groupe de physique appliquée du Professeur Nicolas Gisin. «Ce qui a changé, c’est la façon de traiter ce flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière,...) de données.»

L’intrication des particules est un prérequis pour la révolution quantique qui s’annonce, et qui touchera aussi bien les volumes de données circulant sur les réseaux du futur que la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et le mode de fonctionnement des ordinateurs quantiques. Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) repose en effet sur la relation qui existe entre deux particules au niveau quantique, une relation bien plus forte que les simples corrélations que nous proposent les lois de la physique classique.

Deux chaussettes dans le monde quantique

Difficile à saisir, le concept d’intrication peut être illustré par deux chaussettes. Imaginons un physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de...) qui porterait toujours deux chaussettes de couleurs différentes. Lorsqu’on voit une chaussette rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) à sa cheville droite, on apprend aussitôt quelque chose à propos de la gauche: elle n’est pas rouge. Il y a une corrélation entre les deux chaussettes, un phénomène somme toute assez banal et tout à fait intuitif. Lorsqu’on bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les changements d'état de la...) dans le monde de la physique quantique, une nouvelle forme de corrélation, infiniment plus forte et plus mystérieuse, apparaît: l’intrication. Prenons deux physiciens, chacun dans son laboratoire, situés à grande distance l’un de l’autre. Ils disposent d’une particule quantique, par exemple un photon. Si ces deux photons sont dans un état intriqué, ils vont observer des corrélations quantiques nonlocales, un phénomène inexplicable par la physique classique. Ils constateront en effet que la polarisation ( la polarisation des ondes électromagnétiques ; la polarisation dûe aux moments dipolaires dans les matériaux diélectriques ; En...) des photons est toujours opposée, comme dans les chaussettes dans l’exemple ci-dessus, et surtout que le photon n’a pas de polarisation intrinsèque. La polarisation mesurée pour chaque photon est donc totalement aléatoire, et fondamentalement indéterminée avant la mesure. On a affaire à un phénomène aléatoire se déroulant simultanément à deux endroits distants. C’est le mystère des corrélations quantiques.

A lire
Professeur à la Faculté des sciences de l’UNIGE, Nicolas Gisin dévoile dans son ouvrage les secrets de l’intrication:
Nicolas Gisin, L’Impensable Hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon de causes, au moins d'une reconnaissance de cause à effet d'un événement.): Non-localité, téléportation et autres merveilles quantiques, Odile Jacob, 2012.


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Source: Université de Genève (UNIGE)