La brillante erreur d'Einstein : les états intriqués - Chad Orzel

Leçon complète: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

Quand vous pensez à Einstein et à la physique, E= mc^2 est probablement la première chose qui vous traverse l'esprit. Mais l'une de ses plus grande contributions vient d'un article bizarrement philosophique daté de 1935 qu'il a coécrit et qui s’est avéré faux.

Chad Orzel raconte en détail l'article « EPR » d'Einstein et ses idées sur l'étrange phénomène des « états intriqués ».

Lesson by Chad Orzel, animation by Gunborg/Banyai.

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.