L'intrication quantique

Deux particules, un seul destin

L'intrication est peut-être le phénomène le plus contre-intuitif de toute la physique. Deux particules peuvent être préparées dans un état commun tel qu'elles forment un tout indissociable : décrire l'une sans l'autre devient impossible, même si on les sépare de plusieurs kilomètres.

Un exemple concret

Imaginons deux particules intriquées dont les spins sont toujours opposés. Leur état commun s'écrit :

   |ψ⟩ = ( |0⟩_A |1⟩_B  +  |1⟩_A |0⟩_B ) / √2

Cela signifie : ou bien A vaut 0 et B vaut 1, ou bien A vaut 1 et B vaut 0 — les deux possibilités en superposition. Mais jamais les deux pareils. Aucune des deux particules n'a de valeur définie avant mesure ; seule leur corrélation est certaine.

Ce qui se passe à la mesure

   AVANT :   A et B intriquees, aucune n'a de valeur definie
             (superposition du couple)

   Alice mesure A ici  --------- ... 1000 km ... --------  Bob a B la-bas
        |                                                       |
        v                                                       v
   Alice obtient 0  =========> INSTANTANEMENT ==========>  B est fixe a 1
   (au hasard)                 la mesure d'Alice                (garanti)
                               determine l'etat de B

Au moment où Alice mesure sa particule et obtient (au hasard) 0, la particule de Bob est instantanément fixée à 1 — même si Bob est à l'autre bout de la Terre. Les deux résultats sont parfaitement corrélés, à chaque fois, quelle que soit la distance.

« L'action fantôme à distance »

Einstein détestait cette idée, qu'il appela « action fantôme à distance » (spukhafte Fernwirkung). Il pensait que les particules devaient posséder des valeurs cachées dès le départ (comme deux gants séparés dans deux boîtes : ouvrir l'une révèle « gauche », donc l'autre est « droite »).

Mais en 1964, John Bell a montré qu'on pouvait tester cette hypothèse. Les expériences (Aspect 1982, et bien d'autres depuis, couronnées par le Nobel 2022) ont tranché contre Einstein : il n'y a pas de valeurs cachées préexistantes. La corrélation est bien plus forte que ne le permettrait toute explication « à gants ». L'intrication est réelle.

Le garde-fou : pas de communication plus rapide que la lumière

Attention à un contresens tentant : peut-on utiliser l'intrication pour transmettre un message instantané ? Non. Alice obtient un résultat aléatoire (0 ou 1), qu'elle ne contrôle pas. De son côté, Bob voit lui aussi une suite de résultats aléatoires. Ce n'est qu'en comparant leurs listes, plus tard, par un canal classique (téléphone, limité par la vitesse de la lumière), qu'ils découvrent la corrélation.

   Alice ne choisit pas son resultat -> elle ne peut rien "envoyer"
   Bob voit du hasard tant qu'il n'a pas la liste d'Alice
   -> aucune information ne voyage plus vite que la lumiere

L'intrication crée des corrélations extraordinaires, mais ne viole pas la relativité.

En résumé

Deux particules intriquées forment un tout : aucune n'a de valeur définie, seule leur corrélation est certaine. Mesurer l'une fixe instantanément l'autre, à toute distance. Les expériences de Bell ont prouvé qu'il ne s'agit pas de valeurs cachées préexistantes. Mais comme les résultats sont aléatoires et incontrôlables, l'intrication ne permet pas de communiquer plus vite que la lumière.