Intrication quantique entre deux diamants

L'intrication quantique (également appelée "action étrange à distance" par Albert Einstein) est un phénomène prédit par la physique quantique, dans lequel deux particules ou plus partagent un lien invisible reliant l'espace qui les sépare. Par exemple, une paire hypothétique de dés quantiques intriqués tomberait toujours sur des numéros identiques, même s'ils étaient lancés simultanément à des endroits différents.

Initialement considéré comme un phénomène quantique très rare et instable, uniquement possible dans des conditions expérimentales extrêmes telles que la température proche du zéro absolu et avec très peu de particules subatomiques à la fois, il a été confirmé que l'intrication se produit même dans un diamant macroscopique (c'est-à-dire concernant des milliers d'atomes simultanément), et même à température ambiante !

Un groupe de chercheurs de l'Université d'Oxford, du Conseil National de Recherches du Canada et de l'Université Nationale de Singapour (NUS) rapporte dans la revue Science (déc. 2011), qu'ils ont réussi à intriquer les états quantiques de deux diamants séparés de 15 centimètres. C'est dans cette nouvelle étude que les chercheurs ont montré que l'intrication peut également être réalisée sur des objets macroscopiques à température ambiante.

"Ce que nous avons fait, c'est démontrer qu'il est possible d'utiliser des objets plus standard, plus quotidiens - si le diamant peut être considéré comme un objet du quotidien. Il est possible de les placer dans ces états quantiques que l'on associe souvent à des objets artificiels, si vous voulez - des objets extrêmement contrôlés."

explique Ian Walmsley, coauteur de l'étude et physicien expérimental à Oxford.

Comme il est expliqué dans cet article : “pour intriquer des objets relativement grands, Walmsley et ses collègues ont exploité une propriété collective des diamants : l'état vibratoire de leurs réseaux cristallins. En ciblant un diamant avec une impulsion optique, les chercheurs peuvent induire une vibration dans le diamant, créant ainsi une excitation appelée phonon - un quantum d'énergie vibratoire. Les chercheurs peuvent savoir si un diamant contient un phonon en vérifiant la lumière de l'impulsion à sa sortie. Comme l'impulsion a déposé une petite partie de son énergie dans le cristal, l'un des photons sortants est de plus faible énergie, et donc de plus grande longueur d'onde, que les photons de l'impulsion entrante.

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Walmsley et ses collègues ont mis en place une expérience visant à tenter d'intriquer deux diamants différents à l'aide de phonons. Ils ont utilisé deux carrés de diamants synthétiques de trois millimètres de côté chacun. Une impulsion laser, divisée en deux par un séparateur de faisceau, traverse les diamants ; tous les photons qui se dispersent sur le diamant pour générer un phonon sont dirigés vers un détecteur de photons. Un tel photon atteignant le détecteur signale la présence d'un phonon dans les diamants.

Cependant, en raison de la conception expérimentale, il n'y a aucun moyen de savoir quel diamant vibre. "Nous savons que quelque part dans cet appareil, il y a un phonon", explique Walmsley. "Mais nous ne pouvons pas dire, même en principe, s'il provient du diamant de gauche ou du diamant de droite". En termes de mécanique quantique, en fait, le phonon n'est confiné à aucun des diamants. Au contraire, les deux diamants entrent dans un état intriqué dans lequel ils partagent un phonon entre eux.”

Pour vérifier la présence de l'intrication, il fallait vérifier un comportement partagé. Dans ce cas, le phonon servirait de sonde pour cette vérification. Pour vérifier que les diamants n'agissent pas individuellement, tout effet détectable du phonon pourrait porter l'empreinte des deux objets. Pendant le test, si la moitié des impulsions laser pouvait faire vibrer le diamant de gauche et l'autre moitié pouvait agir sur le diamant de droite, sans corrélation quantique entre les deux objets, alors le phonon serait entièrement confiné à un seul diamant, prouvant l'absence d'intrication. Pour le savoir, les chercheurs ont envoyé une deuxième impulsion optique dans les diamants, dans le but de désexciter la vibration et de produire un signal photonique indiquant que le phonon a été retiré du système. L'énergie vibratoire du phonon intensifie l'impulsion optique, produisant un photon d'une énergie plus élevée, ou d'une longueur d'onde plus courte, que les photons entrants et éliminant le phonon dans le processus.

Comme les chemins menant de chaque diamant aux détecteurs sont fusionnés, il n'y a aucun moyen de savoir quel diamant a produit le photon, donc aucun moyen de savoir où se trouvait le phonon. Les chercheurs ont toutefois constaté que le fait d'ajuster la façon dont les deux trajectoires étaient reliées affectait le nombre de photons dans les détecteurs, ce qui prouve que chacune des trajectoires des photons menant des diamants aux détecteurs avait un effet d'interférence sur l'autre.

Cela signifie qu'un photon unique qui atteint les détecteurs est porteur d'informations sur les deux chemins ; le photon et le phonon vibratoire qui l'a produit proviennent des deux diamants. On ne peut donc pas dire qu'il a emprunté un seul chemin à partir d'un seul diamant.

L'expérience a été menée à plusieurs reprises afin de recueillir des résultats statistiquement significatifs. Les chercheurs ont conclu avec confiance que l'intrication avait bien été réalisée. "Nous ne pouvons pas être sûrs à 100 % qu'ils sont enchevêtrés, mais notre analyse statistique montre que nous en sommes sûrs à 98 %, et nous pensons que c'est un bon résultat", a déclaré M. Walmsley.

Cette nouvelle étude n'est que la dernière en date à montrer comment la mécanique quantique s'applique aux systèmes macroscopiques du monde réel.

La perspective de RSF

Pour de nombreuses raisons, ce résultat remarquable est crucial dans le cadre de la physique unifiée et du modèle holographique. Principalement, parce qu'il prouve que l'intrication, un phénomène quantique, peut se manifester à l'échelle macroscopique, et dans des conditions ambiantes. Il s'agit d'une vérification de l'unification des échelles, donnée par l'intrication.

En dehors du fait qu'il s'agit d'une conséquence non locale de la théorie quantique, aucun autre mécanisme physique ne peut expliquer l'intrication dans les approches actuelles. Néanmoins, dans le cadre du modèle holographique, cette intrication multi-échelle est parfaitement possible, comme décrit dans la section 7.3, où nous avons expliqué le mécanisme qui explique la complexité et l'ordre dans les organismes vivants : le réseau espace-mémoire. Le même mécanisme s'applique aux objets inorganiques, tels que les diamants.

De plus, la solution de la catastrophe du vide implique qu'un proton s'échappant d'un ancien univers s'est étendu et a créé notre propre univers. Cela signifie également que toutes les informations qu'il contient sont intriquées depuis ce "Big Bang”.

Plus d’informations :

https://www.scientificamerican.com/article/room-temperature-entanglement/

     

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