Albert Einstein a joué un rôle clé dans le lancement de la mécanique quantique
grâce à sa théorie de l'effet photoélectrique
mais est resté profondément perturbé par ses implications philosophiques.
Bien que la plupart d'entre nous se souviennent encore de lui
pour sa formule E = mc^2,
sa dernière contribution majeure à la physique est en fait un article de 1935,
coécrit avec ses jeunes collègues Boris Podolsky et Nathan Rosen.
Considéré comme un article philosophique bizarre jusque dans les années 80,
cet article EPR a pris une place centrale pour une nouvelle compréhension
de la physique quantique, avec sa description d'un phénomène étrange
maintenant connu sous le nom d'« états intriqués ».
L'article commence en considérant une source qui émet des paires de particules
chacune avec deux propriétés mesurables.
Chacune de ces mesures a deux résultats possibles
de probabilité égale.
Disons 0 ou 1 pour la première propriété,
et A ou B pour la seconde.
Une fois qu'une mesure est effectuée,
des mesures ultérieures de la même la propriété pour la même particule
donneront le même résultat.
L'étrange implication de ce scénario
est que, non seulement l'état de l'état d'une seule particule
est indéterminé jusqu'à ce qu'il soit mesuré,
mais que c'est la mesure qui détermine l'état.
De plus, les mesures s'influencent mutuellement.
Si vous mesurez une particule comme étant dans l'état 1,
et que vous poursuivez avec le deuxième type de mesure,
vous aurez 50% de chance d'obtenir soit A soit B,
mais si vous répétez ensuite la première mesure,
vous aurez 50% de chance d'obtenir zéro
même si la particule avait déjà été mesurée à 1.
Donc, permuter la propriété étant mesurée redistribue les cartes,
permettant une nouvelle valeur aléatoire.
Les choses deviennent encore plus étranges quand vous observez les deux particules.
Chacune des particules produira des résultats aléatoires,
mais si vous comparez,
vous verrez qu'ils sont toujours parfaitement corrélés.
Par exemple, si les deux particules sont mesurées à zéro,
la relation tiendra toujours.
Les états des deux sont intriqués.
La mesure de l'une vous donnera l'autre résultat avec une certitude absolue.
Mais cette intrication semble contredire la théorie de la relativité d'Einstein
parce qu'il n'y a rien pour limiter la distance entre les particules.
Si vous en mesurez une à New York à midi,
et l'autre à San Francisco une nanoseconde plus tard,
ils donnent toujours exactement le même résultat.
Mais si la mesure détermine la valeur,
alors cela nécessiterait qu'une particule envoie une sorte de signal à l'autre
à 13 000 000 fois la vitesse de la lumière,
ce qui, selon la relativité, est impossible.
Pour cette raison, Einstein a rejeté l'intrication
comme « ferwirklung spuckafte » ou « action fantôme à distance ».
Il a pensé que la mécanique quantique devait forcément être incomplète,
une simple approximation d'une réalité plus profonde
dans laquelle les deux particules ont des états prédéterminés inconnus de nous.
Menés par Niels Bohr, les partisans de la théorie quantique orthodoxe
ont soutenu que les états quantiques sont fondamentalement indéterminés,
et que l'intrication permet à l'état d'une particule
de dépendre de celui de son partenaire distant.
Depuis 30 ans, la physique est restée dans une impasse,
jusqu'à ce que John Bell ait compris que la clé pour tester l'argument EPR
était d'examiner des cas impliquant
différentes mesures sur les deux particules.
Les théories de variables locales cachées favorisées par Einstein, Podolsky et Rosen
limitent strictement le nombre de fois
où vous pouvez obtenir des résultats comme 1A ou B0
parce que les résultats devraient être définis à l'avance.
Bell a montré que l'approche purement quantique,
où l'état est vraiment indéterminé jusqu'à la mesure,
a des limites différentes et prédit des résultats de mesure mixtes
qui sont impossibles dans le cas d'un scénario prédéterminé.
Une fois que Bell a trouvé la façon de tester l'argument EPR
les physiciens l'ont mis à l'épreuve.
A commencer par John Clauster dans les années 70,
puis Alain Aspect au début des années 80,
des dizaines d'expériences ont testé la prédiction EPR,
et toutes ont conduit au même résultat :
la mécanique quantique est correcte.
Les corrélations entre les états indéterminés de particules intriquées
sont réels
et ne peuvent être expliqués par une variable cachée.
L'argument EPR se est avéré être faux mais avec brio !
En forçant les physiciens à réfléchir profondément
sur les fondements de la physique quantique,
elle a conduit à poursuivre l'élaboration de la théorie
et a aidé au lancement de la recherche sur un sujet comme l'information quantique
un champ florissant de la recherche, avec le potentiel de développer
des ordinateurs d'une puissance inégalée.
Malheureusement, le caractère aléatoire des résultats mesurés
empêche les scénarios de science-fiction,
comme l'utilisation de particules intriquées pour envoyer
des messages plus vite que la lumière.
Donc, la relativité est préservée... pour l'instant.
Mais l'univers quantique est bien plus étrange qu'Einstein voulait croire.