Le mois dernier, le milliardaire Yuri Milner et l'astrophysicien Stephen Hawking ont annoncé Breakthrough Starshot: un plan incroyablement ambitieux pour envoyer le premier vaisseau spatial artificiel à un autre système stellaire de notre galaxie. Un réseau laser géant pourrait lancer un appareil de la taille d'une micropuce sur une autre étoile à une vitesse de lumière de 20%. Mais on ne sait pas comment ce petit appareil pourrait communiquer avec nous à travers le vaste espace interstellaire. Qu'en est-il de l'intrication quantique? Peut-il s'appliquer à une telle connexion?
Cette idée mérite certainement l'attention.
Imaginez deux pièces, dont chacune peut monter tête ou queue. Vous avez une pièce, j'en ai une autre, et nous sommes extrêmement éloignés l'un de l'autre. Nous lançons nos pièces en l'air, les attrapons et les giflons sur la table. Avant de regarder une pièce qui a atterri, nous nous attendons à ce qu'une probabilité 50/50 apparaisse sur les queues, et bien sûr les têtes aussi. Dans un univers ordinaire et démêlé, vos résultats et les miens seront indépendants les uns des autres. Si vous sortez des queues, ma pièce a 50% de chances de tomber tête ou queue. Mais sous certaines conditions, ces résultats peuvent être déroutants: si vous lancez cette expérience et qu'elle obtient des queues, vous saurez que ma pièce a 100% de chances de montrer des têtes avant que je vous dise. Vous le saurez instantanément, même si nous sommes séparés par des années-lumière et pas une seule seconde ne s'est écoulée.
En physique quantique, nous n'enchevêtrons généralement pas des pièces de monnaie, mais des particules individuelles, telles que des électrons et des photons, où, par exemple, chaque photon peut avoir un spin de +1 ou -1. Si vous mesurez le spin d'un photon, vous reconnaissez instantanément le spin d'un autre, même s'il est à un demi-univers de nous. Jusqu'à ce que vous mesuriez le spin d'un photon, ils existent tous les deux dans un état indéterminé; mais dès qu'une a été mesurée, vous le savez instantanément. Sur Terre, nous avons mené une telle expérience, en séparant deux photons intriqués sur plusieurs kilomètres et en mesurant leurs spins sur une nanoseconde. Il s'est avéré que si nous mesurons le spin de l'un et qu'il s'avère être +1, nous découvrons que le spin de l'autre -1 est 10 000 fois plus rapide que la vitesse de la lumière pourrait nous permettre.
Et voici la question: pourrions-nous utiliser cette propriété - l'intrication quantique - pour communiquer avec un système stellaire éloigné? Réponse: oui, si nous envisageons de prendre une mesure à distance comme une forme de communication. Mais lorsque vous dites se connecter, vous voulez généralement savoir quelque chose sur l'endroit avec lequel vous vous connectez. Vous pouvez, par exemple, maintenir une particule intriquée dans un état indéterminé, l'envoyer à bord d'un vaisseau spatial vers une étoile proche et lui dire de rechercher des signes de planètes rocheuses dans la zone habitable de cette étoile. En voyant un, il fait une mesure, ce qui conduit au fait que votre particule sera dans l'état +1, et sinon, alors la mesure montrera que votre particule est dans l'état -1.
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Donc, vous supposez qu'une particule sur Terre devrait être dans l'état -1 lorsque vous la mesurez, ce qui indique que le vaisseau spatial a trouvé une planète dans la zone habitable, ou dans l'état +1, ce qui indique que le vaisseau spatial a une planète pas trouvé. Si vous savez qu'une mesure a été prise, vous pouvez effectuer votre propre mesure et connaître instantanément l'état d'une autre particule, même si elle se trouve à plusieurs années-lumière.
Motif d'onde pour les électrons passant à travers une double fente. Si vous mesurez par quelle fente l'électron passe, vous détruirez le modèle d'interférence quantique.
Le plan est bien. Mais il y a un problème: l'intrication ne fonctionne que si vous demandez à la particule: dans quel état êtes-vous? Si vous placez une particule intriquée dans un certain état, vous rompez l'intrication et la mesure sur Terre sera complètement indépendante de la mesure d'une étoile distante. Si vous avez simplement mesuré une particule distante (et découvert: +1 ou -1), votre mesure sur Terre sera également -1 ou +1 (respectivement) et vous donnera des informations sur une particule située à des années-lumière de vous. Si vous immergez une particule dans l'état +1 ou -1, alors quel que soit le résultat, votre particule sur Terre aura une probabilité de 50% de +1 ou -1 et ne dira rien sur la particule pendant de nombreuses années-lumière.
C'est l'une des choses les plus mal comprises en physique quantique: l'intrication peut être utilisée pour obtenir des informations sur un composant d'un système lorsque vous connaissez son état complet et mesurez un ou plusieurs autres composants, mais pas pour créer et transférer des informations d'une partie d'un système intriqué à une autre. … Par conséquent, il n'y a pas de possibilité de communication plus rapide que la lumière.
L'intrication quantique est une propriété incroyable que nous pouvons utiliser pour des tonnes de choses différentes, comme un système de cryptage parfait pour les informations. Mais la communication est plus rapide que la lumière? Pour comprendre pourquoi cela n'est pas possible, nous devons comprendre une propriété clé de la physique quantique: que plonger de force au moins une partie d'un système intriqué dans un état vous empêche d'obtenir des informations sur cette plongée en mesurant le reste du système. Comme l'a souligné un jour Niels Bohr, "si la mécanique quantique ne vous a pas encore profondément choqué, vous ne l'avez pas encore compris".
L'univers joue aux dés avec nous tout le temps, au grand dam d'Einstein. Même nos meilleures tentatives de triche dans ce jeu sont mises en évidence par la nature.
