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Paradoxe EPR : un test pour des signaux supraluminiques

Peut-on expliquer le paradoxe EPR et le phénomène d’intrication en invoquant des modifications de la théorie quantique autorisant des signaux supraluminiques ? Fréquemment proposée, cette idée vient de donner lieu à l’établissement d’un test. Une fois réalisé, il pourrait nous dire s’il est possible de transmettre des messages plus vite que la lumière.

Niels Bohr et Albert Einstein étaient en désaccord sur le statut de la mécanique quantique qu'Albert Einstein pensait, non pas fausse, mais n'être qu'une description effective de la dualité onde-corpuscule. Avec le paradoxe EPR, il avait tenté de montrer que les idées de Bohr conduisaient à admettre des signaux plus rapides que la lumière, en contradiction avec la théorie de la relativité. © Wikipédia-Ehrenfest Niels Bohr et Albert Einstein étaient en désaccord sur le statut de la mécanique quantique qu'Albert Einstein pensait, non pas fausse, mais n'être qu'une description effective de la dualité onde-corpuscule. Avec le paradoxe EPR, il avait tenté de montrer que les idées de Bohr conduisaient à admettre des signaux plus rapides que la lumière, en contradiction avec la théorie de la relativité. © Wikipédia-Ehrenfest

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Tout le monde se souvient de l’expérience qui semblait indiquer que des faisceaux de neutrinos pouvaient se déplacer plus vite que la lumière. La majorité des théoriciens étaient sceptiques et pour de bonnes raisons. Toutefois, beaucoup sans doute auraient accepté rapidement le verdict de l’expérience si ce résultat révolutionnaire avait été confirmé (ce qui n'a pas été le cas). Ils n’auraient guère eu de problème à réviser de fond en comble les fondations de la physique, à savoir la théorie de la relativité et les lois de mécanique quantique.

On peut penser qu’ils se seraient par exemple penchés sur des théories dites à variables cachées, comme celle de Bohm-de Broglie (BDB). De telles théories ont été proposées pour compléter la théorie quantique dans un sens plus conforme à la physique classique déterministe avec des images conceptuellement plus claires de particules et d’ondes dans l'espace et le temps. Celle de BDB permet de retrouver jusqu’à un certain point les prédictions de la théorie quantique orthodoxe. C'est notamment le cas pour le fameux test des inégalités de Bell, imaginé pour vérifier le non moins fameux paradoxe EPR (pour Einstein, Podolski, Rosen, les trois physiciens souhaitant mettre en défaut la mécanique quantique).

Une théorie quantique déterministe avec des signaux supraluminiques ?

Toutefois, cette théorie souffre d’écueils avec celle de la relativité d’Einstein. Elle reproduit bien la mystérieuse non-localité observée avec des paires de particules mais il semble que cela ne soit possible qu’en introduisant plus ou moins explicitement la propagation d’un signal dépassant la vitesse de la lumière entre les deux particules. Ce serait ce signal qui expliquerait pourquoi certaines mesures des caractéristiques de l’une des particules affectent celles de l’autre à des distances arbitrairement grandes et plus vite que la lumière.

Depuis longtemps, on savait que cette possibilité, aussi postulée par d’autres alternatives aux lois de la mécanique quantique rétablissant une vision déterministe et classique du monde des atomes, n’était pas forcément en contradiction avec la théorie de la relativité. Une influence peut bien se déplacer plus vite que la lumière entre deux particules dites intriquées mais, tant que l’on ne peut pas s’en servir pour transmettre des messages, le conflit avec la théorie d’Einstein n’existe pas vraiment. Dans le cadre de la théorie quantique orthodoxe, il n’existe pas de tel signal car il n’y a pas vraiment d’objets comme des particules ou des ondes dans l’espace et le temps. Le substratum des phénomènes de l’univers est en réalité hors espace et hors temps.

Comment peut-on expliquer les corrélations quantiques entre paires de particules intriquées exhibées par l'effet EPR ? Peut-être en introduisant des signaux plus rapides que la lumière entre ces paires, mais à quelle vitesse ? © Timothy Yeo/CQT, National University of Singapore
Comment peut-on expliquer les corrélations quantiques entre paires de particules intriquées exhibées par l'effet EPR ? Peut-être en introduisant des signaux plus rapides que la lumière entre ces paires, mais à quelle vitesse ? © Timothy Yeo/CQT, National University of Singapore

Cette idée est difficile à croire et ne peut pas être admise par beaucoup sans que les contraintes de l’expérience ne l'imposent. C’est pourquoi des expériences ont été tentées, pour déceler des écarts à la théorie quantique orthodoxe ou mettre des bornes sur la vitesse de propagation des éventuels signaux superluminiques entre des particules intriquées.

Un résultat important dans ce sens avait été obtenu par Nicolas Gisin (l’un des pionniers de la téléportation quantique) et ses collègues il y a 4 ans. Une publication dans Nature annonçait que, si des signaux transluminiques étaient la bonne explication du paradoxe EPR, ils devaient se déplacer au moins 10.000 fois plus vite que la lumière.

Des signaux se propageant infiniment rapidement ?

Pouvait-on faire mieux ? Oui, du moins en théorie si l’on en croit un nouvel article publié dans Nature par Valerio Scarani, Jean-Daniel Bancal et Nicolas Gisin en compagnie de leurs collègues du Centre for Quantum Technologies à Singapour.

Les chercheurs ont découvert que si l’on considère 4 particules intriquées, ce que l’on sait faire dans des expériences, il est possible de dériver une inégalité concernant des mesures que viole la théorie quantique orthodoxe ou une alternative avec une vitesse de propagation infinie de certains signaux !

Si l’on considère des alternatives à la théorie quantique orthodoxe ne violant pas cette inégalité, on est conduit à admettre que des corrélations EPR permettent cette fois-ci l’envoi de véritables messages plus vite que la lumière mais à vitesse finie. Il y aurait donc là non seulement une violation des lois de la théorie quantique mais aussi de celle de la relativité.

Pour le moment, on n’est pas capable d’atteindre la précision des mesures nécessaires pour tester l’inégalité proposée par les chercheurs mais, en principe, rien ne s’oppose à ce que cela change dans un avenir proche. Si les expériences montraient une violation de l’inégalité considérée par les physiciens, il faudrait en conclure que chaque partie de l’univers est toujours partiellement connectée avec toutes les autres à chaque instant.


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