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Tester l'effet EPR entre l'ISS et la Terre pour des communications cryptées

ActualitéClassé sous :physique , Astronautique , EPR

Un groupe de chercheurs propose de tester l'effet EPR entre la Terre et l'ISS. Une telle expérience a le potentiel de permettre la réalisation d'un réseau de communication quantique cryptée global, ainsi que de révéler un effet de la gravité sur l'intrication quantique.

Niels Bohr et Albert Einstein étaient en désaccord sur le statut de la mécanique quantique qu'Albert Einstein pensait être non pas fausse, mais simplement 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. © Ehrenfest, Wikipédia

Lorsqu'Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié en 1935 le fameux article exposant ce qui est aujourd'hui connu comme l'effet EPR, ils étaient bien loin de se douter de ce qui allait advenir de leur découverte de l'intrication quantique. Il s'agissait certes seulement d'une pure expérience de pensée impossible à réaliser avec les technologies de l'époque.

Surtout, leur objectif était avant tout de montrer que l'interprétation orthodoxe de la théorie quantique construite par Niels BohrWerner Heisenberg et Max Born n'était pas tenable. Pour eux, l'utilisation des amplitudes de probabilité par la théorie quantique ne devait pas être fondamentale, mais seulement un expédient de calcul en l'absence de la connaissance de certaines variables dites cachées. Leur modèle était la théorie cinétique des gaz et la fameuse distribution de probabilités de Maxwell pour les vitesses et positions des particules dans ces gaz.

De gauche à droite, les auteurs du fameux paradoxe EPR, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen. L'article qu'ils ont publié ensemble en 1935 a révélé le phénomène de l'intrication quantique. © DP

De l'effet EPR à la cryptographie quantique

Les trois physiciens pensaient avoir montré que la mécanique quantique, prise comme vérité ultime, conduisait à une contradiction grave avec la théorie de la relativité restreinte. Comme on le sait aujourd'hui depuis les travaux de John Bell et l'expérience d'Alain Aspect, ce n'est pas le cas. Le phénomène d'intrication quantique mis en relief par des situations expérimentales comme l'expérience de pensée de 1935 est aussi bien réel. Il en résulte que deux particules intriquées, comme des paires de photons ou d'électrons, doivent être traitées en fait comme un seul système, malgré une séparation arbitraire de ces particules dans l'espace. Dans le cas de particules, la mesure de certaines de leurs variables physiques associées, comme le spin, affecte alors instantanément les résultats possibles d'autres mesures sur l'autre particule intriquée.

Si l'on ne peut pas se servir de ce phénomène pour transmettre instantanément un signal, on peut toutefois se servir de l'intrication quantique pour téléporter de l'information et faire de la cryptographie quantique. Cela a été démontré encore une fois récemment par Anton Zeilinger et ses collègues, qui ont réussi une téléportation quantique sur une distance de 143 km entre deux îles des Canaries, La Palma et Ténérife.


Une superbe vidéo prise par l'équipage russe d'un module Soyouz au voisinage de l'ISS. Des chercheurs proposent de réaliser une expérience de cryptographie quantique entre la station spatiale et la Terre. © SpaceVidsNet, YouTube

On pense depuis un moment déjà que l'on peut faire mieux. Un groupe de chercheurs vient d'ailleurs de proposer dans un article du New Journal of Physics un protocole expérimental pour tester l'effet EPR et réaliser un échange avec cryptographie quantique entre la Terre et l'ISS. Cela représenterait un saut non négligeable dans la performance, puisque la distance séparant la station spatiale de la Terre pendant les expériences serait d'environ 500 km.

L'effet EPR dépend-il du champ de gravité ?

On réfléchit depuis un moment à la création d'une sorte de réseau Internet quantique mondial à l'aide de satellites relais. Les physiciens ont compris qu'un premier test pouvait être réalisé sans attendre la conception et le lancement d'un satellite dédié à des expériences sur le transfert d'information quantique. Un simple module de détection de photons attaché à l'appareil photographique motorisé situé dans le module Cupola de l'ISS peut faire l'affaire. Cupola (coupole en français) est un dôme en aluminium doté de six hublots latéraux et d'une fenêtre centrale, procurant une vision panoramique sur 180° sur la Terre. Il mesure environ 2 mètres de diamètre pour 1,5 mètre de hauteur et pèse 1,8 tonne.

Il suffirait de générer des paires de photons polarisés au sol avec un laser et d'envoyer un de ces photons en direction de Cupola pour réaliser une expérience de type EPR. On désigne parfois ce genre d'expérience déjà réalisée par Alain Aspect sous le nom de Bell test experiment en anglais. On met en évidence des corrélations anormales en physique classique entre des mesures de polarisation des photons d'une paire intriquée.

Remarquablement, les chercheurs ont aussi en tête autre chose que de faire un test de faisabilité pour un Internet quantique spatial. On spécule en effet depuis longtemps sur l'impact possible du champ de gravitation, donc des équations de la relativité générale, sur l'effet EPR, plus généralement sur la mécanique quantique. À cet égard, l'expérience avec l'ISS pourrait nous ouvrir de nouvelles perspectives sur les lois fondamentales du cosmos.

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