Qu'est-ce que le chat de Schrödinger peut nous apprendre sur la mécanique quantique? - Josh Samani

Leçon complète: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

La physique classique que nous rencontrons dans notre monde macroscopique quotidien est très différente de la physique quantique qui régit les systèmes à une échelle beaucoup plus petite (comme des atomes). Un bon exemple de la bizarrerie de la physique quantique peut être démontré dans l'expérience de pensée du chat de Schrödinger. Josh Samani nous guide à travers cette expérience de l'intrication quantique.

Leçon de Josh Samani, animation de Dan Pinto.

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.