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Posté par Michel le Jeudi 03/06/2010 à 00:00
Une nouvelle preuve du caractère quantique du monde
Des chercheurs du CEA Iramis [1] apportent une nouvelle preuve du caractère quantique du monde, même à notre échelle. Ils ont observé, pour la première fois, que des mesures successives sur un objet macroscopique (ici, un circuit électrique supraconducteur [2]) peuvent contredire une propriété mathématique démontrée pour tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) système se comportant suivant 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,...) classique, et connue sous le nom "d'inégalité de 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 le premier...) en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.)". Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Physics du 1er juin 2010.

Depuis le début du 20ème 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 (d'où peut être l'âge du...), un débat (Un débat est une discussion (constructive) sur un sujet, précis ou de fond, annoncé à l'avance, à laquelle prennent part des individus ayant des avis, idées, réflexions ou opinions divergentes pour le sujet considéré. Un...) philosophique autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent...) du concept de réalisme [3] du monde (Le mot monde peut désigner :) anime les physiciens. Les propriétés des objets existent-t-elles avant d'avoir été mesurées ou sont-elles au contraire définies par des superpositions d'états ? Concrètement, un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) peut-il, par exemple, se trouver simultanément à deux endroits différents avant d'avoir été observé ?

Pour formaliser ce débat, le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et...) John Bell établit en 1964 des inégalités en supposant que le monde est régi par la physique dite "classique". Ces inégalités sont clairement réfutées expérimentalement pour la première fois par l'équipe d'Alain Aspect (Alain Aspect est un physicien français né en 1947. Il est reconnu, entre autre, pour avoir conduit le premier test concluant portant sur un des paradoxes fondamentaux de la...), dans les années 1980: l'étude de deux photons corrélés [4], séparés par une grande distance, révèle ainsi la nature intrinsèquement quantique du monde: deux objets peuvent être si intimement "enchevêtrés" que parler de l'état de chacun d'eux n'a plus de sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie...), même lorsqu'ils sont très éloignés l'un de l'autre.

En 1985, le physicien Anthony Leggett propose une inégalité similaire à celle de Bell, appliquée cette fois, non pas à deux objets séparés spatialement, mais à un unique objet mesuré à des instants successifs, d'où le nom d'"inégalité de Bell en temps". Cette inégalité, qui n'avait jusqu'alors jamais été réfutée expérimentalement, vient d'être testée et "violée" pour la première fois par un groupe de chercheurs du CEA.

L'originalité de leurs résultats repose, entre autres, sur le choix du système étudié: au lieu d'utiliser un objet naturellement quantique comme un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...), un atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une...) ou un électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.), les chercheurs ont testé un circuit électrique (Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants électriques ou électroniques parcouru par un courant électrique.) macroscopique composé de jonctions Josephson [5] et de condensateurs. En mesurant ce circuit, ils réussissent à réfuter l'inégalité de Bell en temps, montrant ainsi la nature "véritablement" quantique du circuit: il n'a pas d'état électrique bien défini s'il n'est pas mesuré, et ne peut être mesuré sans que son évolution temporelle n'en soit profondément modifiée.

Si elle apporte une nouvelle vérification originale des propriétés fascinantes du monde quantique, cette première violation de l'inégalité de Bell en temps ouvre aussi la voie à de nouvelles pistes de 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 désigne également le cadre...). "Nous nous demandons notamment si la méthode de mesure utilisée ne pourrait pas servir à conserver par "rétro-action quantique" [6] une superposition (En mécanique quantique, le principe de superposition stipule qu'un même état quantique peut possèder plusieurs valeurs pour une certaine quantité observable (spin,...) d'états électriques, en dépit des perturbations inévitables de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend...) qui tendent à la détruire", précise Agustin Palacios-Laloy, 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 domaines de recherche sont diversifiés et impliquent d'importantes...) au CEA Iramis. "Une telle maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à différents niveaux selon...) pourrait déboucher sur des applications en traitement quantique de l'information", conclut-il.

L'inégalité de Leggett stipule (En botanique, les stipules sont des pièces foliaires, au nombre de deux, en forme de feuilles réduites située de part et d'autre du pétiole, à sa base, au point...) qu'une certaine quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) fL(t), calculée à partir de mesures successives sur un objet classique, doit rester inférieure à 1 (région blanche). La mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques qu'on regroupe sous l'appellation générale de physique quantique. Cette...) prédit à l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...) (courbe bleue) que fL(t) peut dépasser 1 (région jaune). Les mesures (points et barrettes d'incertitudes rouges) effectuées par les chercheurs du CEA suivent la prédiction quantique. Le point (Graphie) désigné par la flèche verte réfute de plus l'inégalité établie par Leggett. Le circuit électrique étudié est donc "véritablement" quantique, dans le sens où il n'obéit pas au réalisme: son état électrique n'existe pas s'il n'est pas mesuré et sa mesure le perturbe de manière fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.).


Notes:

[1] 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 un tel institut.) Rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) Matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...) Saclay (http://iramis.cea.fr/), en collaboration avec le physicien théoricien A. Korotkov de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation...) Riverside de Californie.
[2] Supraconducteur: matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de...) conduisant l'électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la matière, se manifestant par une énergie. L'électricité désigne également la branche de la physique qui...) sans résistance, et donc sans perte d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) par échauffement.
[3] Réalisme: propriété du monde selon laquelle les propriétés d'un objet existent indépendamment de leur 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...). La physique quantique est une science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que...) qui décrit le monde comme non réaliste et probabiliste.
[4] Paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de photons corrélés: deux grains de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) produits simultanément par une même source, et ayant des polarisations opposées.
[5] Jonction Josephson: dipôle électrique (Le dipôle électrique est un conducteur électrique possédant deux bornes.) constitué de deux électrodes supraconductrices séparées par une mince barrière isolante.
[6] Rétro-action quantique: procédé consistant à mesurer faiblement et continument un objet quantique, et à rétroagir sur lui en fonction de l'information acquise.



Référence:

Experimental violation of a Bell's inequality in time with weak measurement, Agustin Palacios-Laloy, François Mallet, François Nguyen, Patrice Bertet, Denis Vion, Daniel Estève and Alexander Korotkov.
Nature Physics, 1er juin 2010
http://www.nature.com/nphys/journal/vao ... s1641.html

Pour en savoir plus:

Point de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) du physicien Johan E. Mooij, de l'Université de technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de Delft:
http://www.nature.com/nphys/journal/v6/ ... s1698.html


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Source et illustration: CEA