Einstein et notre intuition cèdent du terrain : le phénomène déroutant de l'intrication quantique reste inexplicable.
Toutes les révolutions ne s'annoncent pas en fanfare. En 1964, l'une d'elles émergea discrètement lorsque le physicien John Bell posa une équation sur le papier. Une inégalité mathématique qui, en principe, résolvait un débat philosophique fondamental en mécanique quantique.
Depuis des décennies, les pionniers de la physique quantique étaient perplexes : des particules éloignées peuvent-elles rester connectées, de sorte que mesurer l'une influence instantanément l'autre ? La physique classique l'exclut, mais la théorie quantique en fait une routine. Bell proposa un moyen de trancher si le monde est vraiment si étrange.
Son équation simple révolutionna notre approche de la théorie quantique. La technologie quantique actuelle lui doit beaucoup. Pourtant, prouver définitivement son théorème fut ardu. En 2015, cette quête aboutit enfin, 50 ans après sa publication, ouvrant une ère prometteuse d'applications quantiques.
Pour saisir l'inégalité de Bell, revenons aux bases de la mécanique quantique, qui décrit lumière et matière à l'échelle microscopique. Atomes, électrons, photons et particules subatomiques défient notre monde macroscopique. Ils existent en superposition – plusieurs états simultanés – jusqu'à observation. Le spin d'un électron dans un champ magnétique est ainsi à la fois haut et bas ; la mesure fixe l'un ou l'autre.
Cela évoque un pile ou face, mais trompeur. Une pièce de monnaie est prévisible si l'on connaît masse, force de lancer et résistance de l'air. Pas un électron : même connu parfaitement, son spin reste probabiliste. La mesure le détermine soudainement, effaçant le flou quantique.
Au début du XXe siècle, Albert Einstein et Erwin Schrödinger peinaient avec cet indéterminisme. Et si la théorie quantique était incomplète ? Une théorie élargie prédirait le spin comme un pile ou face.
Ce flou s'étend aux particules intriquées : leurs propriétés collectives précises, individuelles incertaines jusqu'à mesure. Comme des dés sommant toujours 7, mais individuels aléatoires. Schrödinger nomma cela "intrication", illustré par son chat à la fois vivant et mort jusqu'à observation – absurde, comme l'indéterminisme atomique.
Atomes, électrons, photons : ils se comportent différemment de tout ce que nous connaissons.
Einstein, Podolsky et Rosen (EPR) poussèrent plus loin avec deux électrons intriqués éloignés : spins opposés dans la même direction. Mesurer l'un détermine l'autre instantanément, plus vite que la lumière – impossible en relativité. Einstein parla d'"action fantomatique à distance".
En 1935, EPR posèrent deux postulats : 1) Résultats prédictibles préexistent (éléments de réalité) ; 2) Pas d'influence supraluminique. Avec Jan et Piet mesurant spins d'électrons intriqués éloignés sous angles z ou x, EPR conclurent la théorie quantique incomplète, nécessitant variables cachées locales.
Le principe d'incertitude de Heisenberg contredit cela : un spin défini dans une direction floute les autres. EPR invoquèrent variables cachées expliquant corrélations sans supraluminique.
Après EPR, le débat stagna, vu comme philosophique. En 1964, Bell montra des prédictions divergentes testable expérimentalement. Il étendit l'expérience : mesures sous angles variés révèlent corrélations quantiques supérieures (jusqu'à 40 %) aux variables locales, via intrication non locale.
Les particules quantiques se comportent étrangement car nous ne déchiffrons pas leur code, dit Einstein. Faux.
Bell's theorem : inégalité limitant corrélations locales ; violation prouve non-localité quantique. CHSH raffinèrent pour expériences. Tests dès 1969 violèrent l'inégalité, mais avec failles (loopholes) : localité, détection.
Expériences avec photons intriqués vers stations distantes, polarisation mesurée. Premières : angles fixes (loophole localité). Aspect (1982) randomisa ; Zeilinger raffina. Mais photons perdus (loophole détection). Puis matière (ions, atomes, diamants), mais proximité.
Fermer toutes loopholes : défi majeur. En 2015, quatre équipes réussirent.
À Delft (Hanson), électrons dans diamants distants (1,3 km) via échange d'intrication photonique. Mesures randomisées, enregistrées localement. Violation de 20 %, probabilité 0,039 % pour locales.
Autres : Zeilinger/Vienne, NIST/Shalm (photons, >90% détection), Weinfurter/Munich (atomes). Violations massives, toutes loopholes fermées. Einstein tort : intrication réelle.
Preuves irréfutables. NIST : 100 000 mesures/s, violation en minutes.
Intrication pour nombres aléatoires quantiques (QRNG), cryptographie sûre. NIST testa : 1024 bits ultra-aléatoires en 10 min. Balises aléatoires gratuites prévues.
Internet quantique : communication sécurisée, synchro, capteurs, cloud. Réseaux Delft-etc. d'ici 2020.
De EPR à 2015, intuition battue : réalité fantomatique, ère quantique lancée par Bell.
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