Envisagez de lancer une balle en l'air.
Pouvez-vous prédire son mouvement après qu'elle a quitté votre main ?
Bien sûr, c'est facile.
La balle va monter jusqu'à atteindre une hauteur maximum,
puis elle va redescendre pour atterrir dans votre main.
Bien sûr, c'est ce qui se produit,
et vous le savez car vous avez déjà vu ça un nombre incalculable de fois.
Vous avez observé la physique du quotidien toute votre vie.
Mais imaginons que nous abordions une question de la physique des atomes,
comme à quoi ressemble le mouvement d'un électron
autour d'un noyau d'hydrogène ?
Pourrions-nous répondre à cette question à partir de nos expériences du quotidien?
Non, pas du tout. Pourquoi ?
Parce que la physique qui gouverne le comportement des systèmes
à une si petite échelle
est très différente de la physique des objets macroscopiques
qui vous entourent.
Le monde que vous connaissez et que vous aimez
se comporte selon les lois de la mécanique classique.
Mais des systèmes à l'échelle de l'atome
se comportent selon les lois de la mécanique quantique.
Il se trouve que ce monde quantique est un monde vraiment étrange.
Cette étrangeté est illustrée par une célèbre expérience de pensée :
le chat de Schrödinger.
Un physicien qui n'apprécie pas particulièrement les chats
place un chat dans une boite,
avec une bombe qui a 50% de probabilité d'exploser
après la fermeture du couvercle.
Jusqu'à ce qu'on ouvre le couvercle, il n'y a aucun moyen de savoir
si la bombe a explosé ou non,
et donc, aucun moyen de savoir si le chat est vivant ou mort.
En physique quantique, on pourrait dire qu'avant notre observation,
le chat était dans un état de superposition.
Il n'était ni mort ni vivant, mais plutôt un mélange des deux possibilités,
avec 50% de probabilité pour chacune.
Le même genre de chose arrive pour les systèmes physiques à l'échelle quantique,
comme un électron en orbite dans un atome d'hydrogène.
L'électron n'est pas vraiment en orbite.
Il est en quelque sorte partout dans l'espace
avec plus de probabilité d'être à certains endroits qu'à d'autres,
et c'est seulement après avoir mesuré sa position
que nous pouvons repérer où il est à ce moment précis.
Un peu comme lorsqu'on ne savait pas si le chat était vivant ou mort
jusqu'à ce qu'on ait ouvert la boîte.
Ceci nous amène à l'étrange et beau phénomène
de l'intrication quantique.
Supposons qu'au lieu d'un chat dans une boîte,
nous ayons deux chats dans deux boîtes différentes.
Si nous répétons l'expérience du chat de Schrödinger
avec cette paire de chats,
le résultat de l'expérience peut être l'une des quatre possibilités.
Soit les deux chats seront vivants, ou les deux seront morts,
ou l'un sera vivant et l'autre mort, ou vice versa.
Le système des deux chats est encore dans un état de superposition,
chaque résultat ayant une probabilité de 25% au lieu de 50%.
Mais voici ce qui est sympa :
la mécanique quantique nous dit qu'il est possible d'éliminer
les résultats « 2 chats vivants » et « 2 chats morts »
de l'état de superposition.
En d'autres termes, il peut y avoir un système à deux chats,
de sorte que le résultat sera toujours : « un chat vivant et l'autre chat mort.»
Le terme technique pour ça est que les états des chats sont « intriqués ».
Mais il y a quelque chose de vraiment stupéfiant sur l'intrication quantique.
Si vous préparez le système de « deux chats dans des boîtes »
dans cet état intriqué,
et que vous les éloignez l'une de l'autre aux confins de l'univers
encore une fois, le résultat de l'expérience sera toujours le même.
Un chat sortira toujours vivant, et l'autre chat finira toujours mort,
bien que nous ignorions complètement lequel des deux vivra ou mourra
avant que nous ne mesurions les résultats.
Comment est-ce possible ?
Comment se fait-il que les états de chats situés à l'opposé de l'univers
puissent être intriqués de cette manière ?
Ils sont trop loin l'un de l'autre pour communiquer à temps,
Alors, comment les deux bombes conspirent-elles de sorte
que l'une explose et l'autre pas ?
Vous pensez peut-être,
« Tout ça, c'est du bla-bla théorique,
ce genre de chose ne peut pas arriver dans le monde réel. »
Mais il s'avère que l'intrication quantique
a été confirmée dans des expériences de laboratoire du monde réel.
Deux particules subatomiques intriquées dans un état de superposition,
où si l'une tourne dans un sens, l'autre doit obligatoirement
tourner en sens inverse
se comporteront exactement comme ça, même quand il n'y a aucun moyen
pour faire passer l'information d'une particule à l'autre
pour indiquer de quel côté se tourner afin d'obéir aux règles de l'intrication.
Il n'est donc pas surprenant que l'intrication soit au cœur
de l'informatique quantique,
un champ d'étude florissant sur la façon d' utiliser les lois
de cet étrange monde quantique dans notre monde macroscopique,
comme dans la cryptographie quantique,
pour que les espions puissent s'envoyer des messages sécurisés,
ou l'informatique quantique, pour casser des codes secrets.
La physique quotidienne pourrait ressembler un peu plus
à cet étrange monde quantique.
La téléportation quantique pourrait progresser si vite
qu'un jour votre chat pourrait s'échapper dans une galaxie plus sûre,
où il n'y a pas de physiciens et pas de boîtes non plus.