Une équipe internationale de chercheurs de l’Institut Périmètre, de l'Université de Vienne et de l'Institut d’optique et d’information quantiques, également à Vienne, est arrivée à une meilleure compréhension de l’une des propriétés les plus fondamentales de la mécanique quantique, appelée non-localité.

La non-localité est cruciale non seulement pour le calcul quantique, les communications quantiques par satellite et d’autres technologies, mais aussi pour révéler la véritable nature de la réalité physique elle-même, en donnant des perspectives profondes pour la physique et la philosophie.

La non-localité signifie que la mesure des propriétés d’une particule quantique peut affecter instantanément les propriétés d’une autre particule, même si les 2 particules ne sont pas au même endroit. (La non-localité pourrait donner l’impression qu’elle permet à l’information de voyager plus vite que la vitesse de la lumière, mais les bizarreries probabilistes des états quantiques empêchent que cela se produise.)

« La non-localité est l’une des prédictions les plus puissantes et omniprésentes de la physique quantique », affirme Flaminia Giacomini, boursière Yvonne-Choquet à l’Institut Périmètre et co-auteure de l’article publié ce mois-ci dans la revue Physical Review Letters. « Elle se reflète dans les modalités d’intrication des systèmes quantiques, essentielle au traitement, au déplacement et au stockage de l’information quantique. »

M^me Giacomini et ses collègues ont démontré pour la première fois que la non-localité est partagée par tous les observateurs, y compris ceux qui utilisent un cadre de référence quantique, dans lequel un observateur de particules est lui-même dans un état probabiliste.

« Non seulement [cela] nous donne une meilleure compréhension de la réalité, mais [cela] ouvre aussi de nouvelles possibilités d’applications technologiques fondées sur ces principes. »

L’équipe de chercheurs a repris une expérience établie depuis longtemps, appelée test de Bell, du nom de John Stewart Bell, physicien irlandais qui a joué un rôle important dans l’établissement de la non-localité en tant que pierre angulaire de la physique quantique.

Dans un test de Bell typique, on envoie des particules quantiques à des endroits différents, où des expérimentateurs mesurent leurs propriétés. Si les particules sont intriquées et que leurs propriétés sont corrélées, cela implique qu’elles peuvent avoir des effets l’une sur l’autre à distance, sans subir l’influence de facteurs locaux de leurs voisinages respectifs.

De nombreuses versions du test de Bell ont donné des résultats compatibles avec la non-localité fondamentale des particules, confirmant une prédiction majeure de la physique quantique.

Les auteurs de l’article ont poussé les expériences beaucoup plus loin, en vérifiant si la non-localité tient lorsque la vélocité des particules fait elle-même l’objet d’une incertitude quantique.

« Techniquement, cela signifie que les particules se déplacent à une superposition quantique de vélocités, dit M^me Giacomini, c’est-à-dire qu’elles se déplacent essentiellement à plusieurs vitesses à la fois. Nous voulions savoir s’il était même possible de concevoir un test de Bell pour ce scénario. »

Sous la direction de Časlav Brukner, de l’Université de Vienne et de l’Académie autrichienne des sciences, l’équipe a conçu de telles expériences et prouvé que le monde est non local, même lorsque le point de référence de l’observateur a lui-même des propriétés quantiques.

« Nos résultats prouvent que la non-localité est une propriété de notre monde encore plus fondamentale que ce que l’on savait jusque-là, dit M^me Giacomini. Cela démontre que même un expérimentateur quantique peut concevoir un test de Bell pour des particules qui se déplacent à une superposition quantique de très grandes vélocités. Non seulement cette version du test de Bell nous donne une meilleure compréhension de la réalité, mais elle ouvre aussi de nouvelles possibilités d’applications technologiques fondées sur ces principes. »