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Record : un chat de Schrödinger à 6 photons...

Des physiciens Chinois, en collaboration avec des collègues Autrichiens et Allemands, affirment avoir obtenu l'intrication quantique de 6 photons, réalisant ainsi l'expérience de pensée du « Chat de Schrödinger ».

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Représentation d'artiste d'un état intriqué avec 6 photons
Représentation d'artiste d'un état intriqué avec 6 photons

Stephen Hawking a l'habitude de dire « Quand j'entends parler du chat de Schrödinger, je sors mon revolver ». C'est dire le trouble que peut provoquer l'expérience de pensée proposée par Erwin Schrödinger, l'un des fondateurs de la mécanique quantique, afin de prouver que l'interprétation de Copenhague était plus que problématique. L'expérience mettait en jeu un phénomène d'intrication (ou encore d'emmêlement) des états quantiques et, tout comme le célèbre paradoxe EPR basé sur le même phénomène, elle est plus que troublante pour l'intuition.

Un chat était enfermé dans une boite contenant un atome radioactif pouvant se désintégrer, un détecteur libérant alors un gaz mortel pour le chat. D'après la mécanique quantique, l'ensemble chat + atome radioactif devait être décrit par une superposition d'états où le chat était à la fois mort et vivant dans un sens subtil. Lorsqu'un observateur cherche à savoir laquelle des deux alternatives est réalisée, le système saute alors, et uniquement à ce moment là, dans un des deux états, « chat mort » ou « chat vivant » !

De nos jours, ces expériences de pensée sont des expériences de laboratoire aux frontières de la mécanique quantique. Elles portent sur des notions comme la décohérence et la non-localité qui pourraient même intervenir dans le fonctionnement du cerveau selon Roger Penrose. Mais il y a plus, les états emmêlés sont la clé pour le fonctionnement de ce qui est appelé un ordinateur quantique. Celui-ci aurait des applications spectaculaires dans des processus de traitement de l'information en effectuant des calculs plus rapidement qu'avec un ordinateur classique.

Depuis quelques temps, on a remarqué que les états intriqués avec plus de deux particules pouvaient être analysés efficacement en utilisant la théorie des graphes d'états. On connecte des états quantiques à plusieurs particules avec la théorie des graphes qui a déjà montré sa puissance en mécanique statistique des gaz et en théorie des réseaux de spins, ce qui jette une lumière nouvelle aussi bien sur la décohérence que sur les processus de traitement quantique d'informations qui pourraient être effectués avec un nombre assez grand d'états intriqués.

On comprend donc tout l'intérêt de la prouesse de Chao-Yang Lu et de ses collègues de l'University of Science and Technology of China en partenariat avec ceux d'Universités autrichiennes et allemandes. Dans l'article, ils rapportent donc l'obtention d'une situation de type « chat de Schröedinger » mais avec 6 photons, un record !

La technique repose sur le "pompage" de photons dans un cristal à l'aide d'un laser à ultra-violet. Ils ont alors la propriété de pouvoir se « désintégrer » spontanément en deux photons intriqués. En prenant trois paires de tels photons, et en utilisant des séparateurs de faisceaux, il est possible d'obtenir des états intriqués à six photons techniquement décrits par ce qu'on appelle des états de Greenberger-Horne-Zeilinger. Dans ce cas, les six photons sont polarisés dans un état horizontal ou vertical et ceci correspond précisément aux états « mort » ou « vivant » du chat de Schröedinger !

Une autre application pour ces photons intriqués est la production d'états quantiques particuliers dits « cluster states » (états en amas). Ce sont eux qui possèdent le plus de potentiel pour des calculs quantiques d'après Chao-Yang Lu !


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