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Posté par Adrien le Vendredi 11/05/2018 à 00:00
The Big Bell Test: les sciences participatives pour mettre à l'épreuve la physique quantique
Le hasard quantique est intrinsèquement différent du hasard classique, c'est ce qu'atteste la violation des inégalités de Bell, une étape charnière dans la compréhension de la physique quantique. Un bémol subsiste cependant: tester ces inégalités reposait jusqu'à présent sur des configurations expérimentales paramétrées à l'aide de données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) générées par des systèmes quantiques. En somme, il s'agissait d'éprouver la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...) quantique par la physique quantique. Pour pallier ce problème, une collaboration internationale mise en place par The Institute of Photonic Sciences à Barcelone (Barcelone (Barcelona en catalan et en castillan) est une commune de Catalogne - Espagne, située dans la province de Barcelone. Elle est la capitale historique, administrative et économique de la...), rassemblant douze laboratoires sur cinq continents, dont l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est...) de physique de Nice (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis), a mené une expérience de sciences participatives inédite. En rassemblant environ 100 000 personnes dans le monde (Le mot monde peut désigner :) au travers d'un jeu vidéo (La vidéo regroupe l'ensemble des techniques, technologie, permettant l'enregistrement ainsi que la restitution d'images animées, accompagnées ou non de son, sur...), les chercheurs ont réussi à contourner le problème de la génération des données et à valider avec rigueur leurs observations expérimentales quant à la violation des inégalités de Bell (). Les résultats sont publiés dans la revue Nature le 10 mai 2018.


Le jeu vidéo The Big Bell (Bell Aircraft Corporation est un constructeur aéronautique américain fondé le 10 juillet 1935. Après avoir construit des avions de combat durant la Seconde Guerre mondiale, mais aussi...) Quest.
© ICFO.

En physique, le principe de réalisme local impose que deux objets distants ne peuvent avoir que des corrélations limitées: les évènements que l'un des deux objets subit ne peuvent pas être corrélés à l'autre au-delà d'une certaine mesure. Au cours du siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois...) dernier, John Stewart Bell a formulé cette limite entre objets physiques dans des inégalités mathématiques (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que les nombres, les figures, les structures et les...). Toutefois, les objets quantiques n'obéissent pas à cette règle. En effet, les évènements entre particules quantiques intriquées sont corrélés, quelle que soit leur position dans l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). Cette observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) viole les inégalités de Bell et donc le principe de réalisme local. Pour expliquer ce phénomène, les physiciens conservateurs du début du XXe siècle ? dont Einstein ? avaient émis l'hypothèse que des paramètres physiques inconnus existaient, de sorte que la contrainte imposée par les inégalités serait tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) de même correcte.

Jusqu'à présent, les chercheurs n'avaient réussi à démontrer la violation des inégalités de Bell qu'en ayant recours à des données générées par des systèmes quantiques pour paramétrer leurs expériences. Afin de tester la corrélation entre particules intriquées, il faut en effet observer chacune d'elles de façon aléatoire, sans que les mesures des deux particules ne soient liées de quelque manière que ce soit. Pour ce faire, des générateurs quantiques (1) de bits aléatoires permettaient de donner des instructions aux machines d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré...). Cela revenait à tester la physique quantique par un système lui-même quantique. Pour sortir de ce paradoxe (Un paradoxe est une proposition qui contient ou semble contenir une contradiction logique, ou un raisonnement qui, bien que sans faille apparente, aboutit à une...), 100 000 personnes ont été mises à contribution pour générer des bits aléatoirement par un mécanisme non-quantique. Les données ainsi créées ont permis de générer un code configurant arbitrairement des instruments de mesure des particules intriquées dans 13 expériences, réparties dans 12 laboratoires et autant de pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²),...).


Le jeu vidéo The Big Bell Quest.
© ICFO.

Pour générer ces bits, la cohorte de participants a été invitée à participer à un jeu vidéo: The Big Bell Quest. La progression dans le scénario demande aux joueurs d'appuyer de façon aléatoire sur les touches 1 et 0 du clavier. Ces bits sont envoyés en direct dans les laboratoires. Le 30 novembre 2016, les joueurs ont ainsi généré plus de 97 millions de bits alimentant en continu les expériences durant 12 heures (L'heure est une unité de mesure  :) consécutives. Au fil de l'avancée dans le jeu, les joueurs ont pu découvrir des contenus de médiation (Depuis l'essor de la médiation dans les années 1980, il existe plusieurs conceptions et applications de cette pratique dont l'objet est la résolution des différends en dehors des rapports de force. Il...) scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et les...) comme des explications sur les inégalités de Bell, et la façon dont elles sont testées, agrémentées de vidéos tournées dans les laboratoires recevant les données.

Les résultats obtenus par les expériences confirment la violation des inégalités de Bell par une méthodologie plus consistante et rigoureuse qu'auparavant. Ils ouvrent également la voie à l'approfondissement des applications de la physique quantique. Les principes fondamentaux de l'intrication jouent en effet un rôle essentiel dans le développement de la cryptographie quantique (La cryptographie quantique est une tentative de mise en œuvre des prédicats de la mécanique quantique afin d'assurer la confidentialité, l'intégrité et/ou la non-interception de transmissions de données. C'est aussi un sous-domaine...) ou de l'ordinateur quantique (Un ordinateur quantique (ou rarement calculateur quantique) repose sur des propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication...). La méthodologie employée prouve quant à elle que les sciences participatives peuvent avoir leur place en physique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.).

Notes:

(1) Les meilleurs systèmes physiques permettant de générer des nombres aléatoires reposent sur la physique quantique. Un bon générateur de la sorte est un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) envoyé sur un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être...) semi-réfléchissant. Le photon a 50 % de chances de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques Brisson (1723-1806) en 1760.) au travers, et 50 % de chances d'être réfléchi. Selon 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 l'inclinaison, et transmettre au ballast...) ou qu'il soit renvoyé par le miroir, il activera deux capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une...) différents qui seront chacun associé à un bit 1, ou à un bit 0.


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Source: CNRS
 
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