Onde ou particule ? Une décision prise à la dernière nanoseconde

En physique quantique, le résultat observé est étroitement corrélé à la mesure effectuée. Ainsi, un photon se comporte soit comme une onde, soit comme un corpuscule, suivant le type d'expérience auquel on choisit de le soumettre (1). Mais, à quel moment exactement ce choix est-il effectué?

Cette question a été élucidée par une équipe du laboratoire de Photonique quantique et moléculaire (CNRS/Ecole Normale Supérieure de Cachan) conduite par Jean-François Roch et François Treussart, en collaboration avec Philippe Grangier et Alain Aspect du laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique (CNRS/Université Paris 11) (2). Les chercheurs ont mis en œuvre, pour la première fois de façon très fidèle, une idée proposée dans les années 70 par John Wheeler, figure emblématique de la physique quantique.

Il s'agit en fait de retarder le plus possible le choix de l'expérience qui sera menée sur le photon en attendant que celui-ci soit au milieu de l'appareil de mesure, ici un interféromètre d'une longueur de 50 mètres. Une fois le photon “capturé” dans cet appareil, les chercheurs ont choisi, de manière aléatoire, la mesure qui a finalement été effectuée... mais le photon ne s'est pas laissé surprendre. Il s'est en effet manifesté comme une onde lorsqu'on a décidé d'observer un comportement ondulatoire et s'est comporté comme un corpuscule lorsqu'on a décidé d'observer un comportement corpusculaire.

Détaillée dans la revue Science du 16 février, cette expérience traduit un des éléments clefs de l'information quantique: le concept de “non-localité quantique”. Elle a des répercussions fondamentales afin d'établir théoriquement la sécurité des protocoles de cryptographie quantique.

Notes:
(1) Ce résultat a été mis en évidence en 1986 par Philippe Grangier et Alain Aspect lorsqu'ils ont réalisé la première expérience d'interférence à un photon.
(2) Ces travaux ont impliqué Vincent Jacques, E. Wu, Frédéric Grosshans, François Treussart et Jean-François Roch pour le laboratoire de Photonique quantique et moléculaire ainsi que Philippe Grangier et Alain Aspect pour le laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'optique.