Une nouvelle expérience utilise des qubits supraconducteurs pour démontrer que la mécanique quantique viole ce qu’on appelle le réalisme local en permettant à deux objets de se comporter comme un seul système quantique, quelle que soit la distance qui les sépare. L’expérience n’était pas la première à montrer que le réalisme local n’est pas la façon dont l’Univers fonctionne – ce n’est même pas la première à le faire avec les qubits.
Mais c’est le premier à séparer les qubits d’une distance suffisante pour s’assurer que la lumière n’est pas assez rapide pour se déplacer entre eux pendant les mesures. Et il l’a fait en refroidissant un fil d’aluminium de 30 mètres de long à quelques millikelvins seulement. Parce que les qubits sont si faciles à contrôler, l’expérience fournit une nouvelle précision à ce type de mesures. Et la configuration matérielle peut être essentielle pour les futurs efforts de calcul quantique.
Prendre conscience du réalisme
Albert Einstein était notoirement mal à l’aise avec certaines des conséquences de l’intrication quantique. Si la mécanique quantique avait raison, alors une paire d’objets intriqués se comporterait comme un seul système quantique, quelle que soit la distance qui sépare les objets. La modification de l’état de l’un d’eux devrait modifier instantanément l’état du second, le changement se produisant apparemment plus rapidement que la lumière ne pourrait éventuellement se déplacer entre les deux objets. Ceci, a soutenu Einstein, devait presque certainement être faux.
Au fil des ans, les gens ont proposé diverses versions de ce qu’on appelle des variables cachées – des propriétés physiques partagées entre les objets, permettant un comportement semblable à un enchevêtrement tout en gardant les informations qui dictent ce comportement localisées. Les variables cachées préservent ce qu’on appelle le « réalisme local » mais s’avèrent ne pas décrire réellement notre réalité.
Le physicien John Bell a montré que tous les cadres de variables locales limitent le degré auquel le comportement des objets quantiques peut être corrélé. Mais la mécanique quantique prédit que les corrélations devraient être plus élevées que cela. En mesurant le comportement de paires de particules intriquées, nous pouvons déterminer si elles violent les équations de Bell, et ainsi démontrer clairement que les variables cachées n’expliquent pas leur comportement.
Les premiers pas vers cette démonstration étaient mauvais pour les variables cachées mais permettaient des échappatoires – même si les inégalités de Bell étaient violées, il restait possible que l’information se déplace entre les objets quantiques à la vitesse de la lumière. Mais au cours des dernières décennies, les échappatoires ont été progressivement comblées et les prix Nobel distribués.
Alors pourquoi revenir aux expérimentations ? En partie parce que les qubits nous donnent un grand contrôle sur le système, nous permettant de réaliser rapidement un grand nombre d’expériences et de sonder le comportement de cet enchevêtrement. Et en partie parce que c’est un défi technique intéressant. Les qubits supraconducteurs sont contrôlés par un rayonnement micro-ondes, et leur enchevêtrement nécessite de déplacer des photons micro-ondes à très faible énergie entre les deux. Et faire cela sans que le bruit ambiant ne gâche tout est un défi de taille.