Le monde quantique est souvent contraire au bon sens. Le lauréat du prix Nobel, Richard Feynman, a déclaré un jour: "Je pense que je peux affirmer avec certitude que personne ne comprend la mécanique quantique." La téléportation quantique n'est qu'un de ces phénomènes étranges et apparemment illogiques.
En 2017, des chercheurs chinois ont téléporté l'objet dans l'espace. Ce n'était ni un homme, ni un chien, ni même une molécule. C'était un photon. Ou plutôt, des informations décrivant un photon spécifique. Mais pourquoi est-ce que cela s'appelle la téléportation?
L'essentiel est que la téléportation quantique n'a pas grand-chose à voir avec la téléportation en tant que telle. Il s'agit plutôt de créer un Internet qui ne peut pas être piraté. Mais avant de passer directement à cette question, parlons d'un paradoxe.
Le brillant physicien et auteur des théories spéciales et générales de la relativité, Albert Einstein, considérait la mécanique quantique comme une théorie défectueuse. En 1935, avec les physiciens Boris Podolsky et Nathan Rosen, il a écrit un article dans lequel il a défini un paradoxe qui jette un doute sur presque tout ce qui touche à la mécanique quantique - le paradoxe EPR.
La mécanique quantique est la science des plus petits aspects de l'univers: atomes, électrons, quarks, photons, etc. Il révèle des aspects paradoxaux et parfois contradictoires de la réalité physique. Un de ces aspects est le fait qu'en mesurant une particule, vous la «changez». Ce phénomène a finalement été appelé l'effet de l'observateur: l'acte de mesurer un phénomène l'affecte irrémédiablement.
Description schématique d'une configuration expérimentale pour la téléportation d'un photon dans l'espace extra-atmosphérique / China Academy of Sciences.
Souvent, pour observer un atome, on brille dessus. Les photons de cette lumière interagissent avec la particule, affectant ainsi sa position, son moment cinétique, son spin ou d'autres caractéristiques. Dans le monde quantique, utiliser des photons pour observer un atome revient à utiliser des boules de bowling pour compter les quilles au bout d'une piste de bowling. En conséquence, il est impossible de connaître exactement toutes les propriétés d'une particule, car au cours de son enquête, l'observateur influence le résultat.
L'effet d'observateur est souvent confondu avec l'idée que la conscience peut d'une manière ou d'une autre influencer ou même créer la réalité. En fait, il n'y a rien de surnaturel à propos de cet effet, car il ne nécessite pas du tout de conscience.
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Les photons qui entrent en collision avec un atome produisent le même effet d'observateur, qu'ils se dirigent ou non vers lui en raison d'actions du côté de la conscience humaine ou non. Dans ce cas, «observer» consiste simplement à interagir.
Nous ne pouvons pas être des observateurs extérieurs. Dans les systèmes quantiques, une personne prend toujours une part active, brouillant les résultats.
C'était précisément ce qu'Albert Einstein n'aimait pas. Pour lui, cette ambiguïté inhérente indiquait une incomplétude de la mécanique quantique qui devait être éliminée. Le scientifique pensait que la réalité ne pouvait pas être aussi peu fiable. C'est précisément ce à quoi se réfère sa célèbre phrase: «Dieu ne joue pas aux dés avec l'Univers».
Et rien n'a plus mis en évidence la faiblesse de la mécanique quantique que le paradoxe de l'intrication quantique.
Parfois, à l'échelle quantique, les particules peuvent devenir interconnectées de telle sorte que la mesure des propriétés d'une particule en affecte instantanément une autre, quelle que soit la distance entre elles. C'est l'intrication quantique.
Selon la théorie de la relativité d'Einstein, rien ne peut voyager plus vite que la lumière. Cependant, l'intrication quantique semblait enfreindre cette règle. Si une particule est enchevêtrée avec une autre et que tout changement possible qui se produit avec l'une d'elles affecte l'autre, alors il doit y avoir une sorte de connexion entre elles. Sinon, comment peuvent-ils s'influencer mutuellement? Mais si cela se produit instantanément, malgré les distances, cette connexion doit se produire plus rapidement que la vitesse de la lumière - d'où le paradoxe même de l'EPR.
Si vous essayez de mesurer par quelle fente un électron passe au cours d'une expérience avec deux fentes, vous n'obtiendrez pas de motif d'interférence. Au lieu de cela, les électrons ne se comporteront pas comme des ondes, mais comme des particules «classiques».
Einstein a appelé ce phénomène «une action effrayante à distance». Tout le domaine de la mécanique quantique lui paraissait aussi fragile que l'intrication quantique supposée. Jusqu'à la fin de sa vie, le physicien a tenté sans succès de "rafistoler" la théorie, mais rien n'en est sorti. Il n'y avait tout simplement rien à réparer.
Après la mort d'Einstein, il a été prouvé à plusieurs reprises que la mécanique quantique est correcte et fonctionne, même si elle contredit souvent le bon sens. Les scientifiques ont confirmé que le paradoxe de l'intrication quantique est un phénomène réel, et en général ce n'est pas un paradoxe. Malgré le fait que l'intrication se produit instantanément, aucune information ne peut être transférée entre les particules plus rapidement que la vitesse de la lumière.
Comment tout cela est-il lié à la téléportation quantique? Revenons à notre sujet. Le fait est que de cette manière, les informations peuvent encore être transférées. C'est exactement ce que des chercheurs chinois ont fait en 2017. Bien que ce soit appelé "téléportation", en fait, les scientifiques ont effectué le transfert d'informations entre deux photons intriqués.
Lorsqu'un faisceau laser est dirigé à travers un cristal spécial, les photons émis par celui-ci sont intriqués. Ainsi, lorsqu'un photon est mesuré dans une paire intriquée, l'état de l'autre est immédiatement connu. Si vous utilisez leurs états quantiques comme support de signal, les informations peuvent être transférées entre deux photons. Cela a déjà été fait dans des laboratoires du monde entier, mais jamais auparavant ce processus n'a eu lieu à une telle distance.
Des chercheurs chinois ont envoyé un photon intriqué à un satellite à 1 400 kilomètres au-dessus de la Terre. Ils ont ensuite intriqué le photon restant sur la planète avec le troisième photon, ce qui lui a permis d'envoyer son état quantique au photon sur le satellite, copiant ainsi efficacement le troisième photon en orbite. Cependant, le troisième photon n'a pas été physiquement transféré vers le satellite. Seules les informations sur son état quantique ont été transmises et restaurées.
Ce n'était donc pas une téléportation à la Star Trek. Mais la plus grande percée dans cette expérience n'a pas été la téléportation, mais la communication.
Un Internet quantique basé sur des particules intriquées serait presque impossible à pirater. Et tout cela grâce à l'effet d'observateur.
Si quelqu'un essaie d'intercepter l'une de ces transmissions quantiques, ce sera essentiellement une tentative d'observer la particule, ce qui - comme nous le savons déjà - la changera. Une transmission compromise serait immédiatement visible, car les particules cesseraient d'être enchevêtrées ou la transmission serait complètement détruite.
L'Internet quantique serait un réseau de communication presque 100% sécurisé. Sans accès aux particules intriquées, personne ne pourrait le pirater. Et si quelqu'un avait accès à l'une des particules intriquées, il la remarquerait immédiatement, car la particule disparaîtrait, ce qui signifie qu'Internet cesserait de fonctionner. C'est ainsi qu'il peut être plus utile qu'un appareil de téléportation de photons.
Les chercheurs ont dû faire plus d'un million de tentatives pour réussir à enchevêtrer un peu plus de 900 particules. Puisque les photons doivent traverser notre atmosphère, il y a une forte probabilité qu'ils interagissent avec d'autres particules, par conséquent, seront «observés», éliminant l'enchevêtrement et complétant la transmission.
La téléportation quantique perd toutes les informations sur la particule d'origine, mais crée une copie identique à l'autre extrémité / & copy; Jim Al-Khalili / Pendant la téléportation quantique, toutes les informations sur la particule d'origine sont perdues, mais une copie identique est créée à l'autre bout / Jim Al-Khalili.
Allons-nous un jour - dans un futur lointain - utiliser cette même technique pour téléporter de gros objets ou même des personnes? En théorie, oui. Cela enchevêtrerait chaque particule du corps avec le même nombre de particules à la destination. Chaque état et position de toutes vos particules devra être scanné et transféré vers un autre emplacement. Les particules en attente vont s'emmêler et accepter les informations qui leur sont transmises, assumant instantanément un état identique aux particules d'origine. C'est essentiellement la même chose qui est arrivée aux photons dans l'expérience chinoise. La seule différence est qu'il s'agit de chaque particule de votre corps.
Cependant, vous ne devriez pas être ravi. La téléportation est également soumise à l'effet d'observateur. Un processus de numérisation qui mesure toutes vos particules les changerait instantanément. Il est possible que les changements aient été désagréables pour vous, vous vous transformeriez en un slime quantique méconnaissable. Vous cesseriez d'exister au point d'origine et apparaissez à un autre - exactement le même, mais avec un nouvel ensemble de particules. Mais que vous restiez vous-même ou non est une question complètement différente.
Vladimir Guillen
