L'expérience qui permettra aux humains de voir l'intrication quantique

L'intrication est le phénomène étrange dans lequel deux particules quantiques deviennent si profondément liées qu'elles partagent la même existence. Lorsque cela se produit, une mesure sur une particule influence immédiatement l'autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

L'enchevêtrement a intrigué les physiciens pendant une bonne partie d'un siècle. Au début, son existence même a été contestée. Mais aujourd'hui, les physiciens créent des particules intriquées en grand nombre dans les laboratoires du monde entier. Ils utilisent régulièrement l'intrication pour envoyer des messages parfaitement cryptés, pour étudier le calcul quantique et pour mieux comprendre la nature de ce phénomène profond.

La facilité avec laquelle des particules telles que les photons peuvent être intriquées a conduit certains physiciens à poser une question supplémentaire intéressante : les humains pourront-ils jamais voir l'intrication ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Valentina Caprara Vivoli à l'Université de Genève en Suisse quelques copains. Ils ont mis au point une expérience qui devrait permettre à un œil humain de détecter directement l'enchevêtrement. Et ils disent que le décor est maintenant planté pour la première expérience de ce genre.

Trouver un moyen pour un œil humain de détecter les photons intriqués semble simple. Après tout, l'œil est un détecteur de photons, il devrait donc être possible pour un œil de remplacer un photodétecteur dans n'importe quelle expérience de détection d'intrication standard.

Une telle expérience pourrait consister en une source de paires de photons intriqués, dont chacun est envoyé à un photodétecteur via une configuration expérimentale appropriée.

En comparant l'arrivée des photons à chaque détecteur et en répétant le processus de détection plusieurs fois, il est possible de déterminer statistiquement si un enchevêtrement se produit.

Il est facile d'imaginer que cette expérience peut être facilement répétée en remplaçant l'un des photodétecteurs par un œil. Mais cela s'avère ne pas être le cas.

Le principal problème est que l'œil ne peut pas détecter les photons uniques. Au lieu de cela, chaque tige détectant la lumière à l'arrière de l'œil doit être stimulée par une bonne poignée de photons pour déclencher une détection. On pense que le plus petit nombre de photons pouvant faire l'affaire est d'environ sept, mais en pratique, les gens ne voient généralement les photons que lorsqu'ils arrivent par centaines ou par milliers.

Même dans ce cas, l'œil n'est pas un photodétecteur particulièrement efficace. Un bon laboratoire d'optique aura des photodétecteurs efficaces à plus de 90 %. En revanche, aux niveaux de lumière les plus bas, l'œil est efficace à environ 8 %. Cela signifie qu'il manque beaucoup de photons.

Cela crée un problème important. Si un œil humain doit jamais voir l'intrication de cette manière, alors les physiciens devront enchevêtrer non seulement deux photons mais au moins sept, et idéalement plusieurs centaines ou milliers d'entre eux.

Et ce n'est tout simplement pas possible avec la technologie d'aujourd'hui. Au mieux, les physiciens sont capables d'intriquer une demi-douzaine de photons, mais même cela est une tâche difficile.

Ce qu'il faut, c'est un moyen d'amplifier l'effet d'un seul photon intriqué afin qu'il puisse être détecté par l'œil, mais sans détruire l'intrication très importante.

Vivoli et co disent avoir mis au point une astuce qui amplifie efficacement un seul photon intriqué en plusieurs photons que l'œil peut voir. Leur astuce repose sur une technique appelée opération de déplacement, dans laquelle deux objets quantiques interfèrent de sorte que l'un modifie la phase de l'autre.

Une façon de faire cela avec des photons est d'utiliser un séparateur de faisceau. Imaginez un faisceau de photons cohérents provenant d'un laser dirigé vers un séparateur de faisceau. Le faisceau est transmis à travers le séparateur mais un changement de phase peut provoquer sa réflexion à la place.

Imaginez maintenant un autre faisceau de photons cohérents qui interfère avec le premier. Cela modifie la phase du premier faisceau de sorte qu'il est réfléchi plutôt que transmis. En d'autres termes, le deuxième faisceau peut activer et désactiver la réflexion.

Fondamentalement, le faisceau de commutation n'a pas besoin d'être aussi intense que le faisceau principal, il doit seulement être cohérent. En effet, un seul photon peut faire cette astuce de commuter un faisceau plus intense, du moins en théorie.

C'est la base de la nouvelle approche. L'idée est d'utiliser un seul photon intriqué pour commuter le passage d'un faisceau plus puissant à travers un séparateur de faisceau. Et c'est ce faisceau plus puissant que l'œil détecte et qui préserve encore la nature quantique de l'intrication originelle.

C'est la théorie. Vivoli et co disent que la technologie est disponible pour faire ce genre d'expérience maintenant. Ils disent que leur travail démontre de manière convaincante la possibilité de réaliser la première expérience où l'intrication est observée avec l'œil.

Néanmoins, cette expérience sera difficile à réaliser. S'assurer que l'amplificateur optique fonctionne comme ils le prétendent sera difficile, par exemple.

Et même si c'est le cas, enregistrer de manière fiable chaque détection dans l'œil sera encore plus difficile. Le test d'enchevêtrement est un test statistique qui nécessite de nombreux comptages des deux détecteurs. Cela signifie qu'un individu devrait s'asseoir dans l'expérience en enregistrant une réponse oui ou non pour chaque course, répétée des milliers ou des dizaines de milliers de fois. Les bénévoles auront besoin de beaucoup de temps libre.

Pourtant, il est possible que les premières expériences de ce genre soient déjà en cours, peut-être même dans les laboratoires de Vivoli and co. Nous pourrions donc bientôt découvrir l'identité de la première personne à voir l'enchevêtrement.

Bien sûr, des expériences comme celle-ci élimineront rapidement le glamour et la romance de la perception populaire de l'enchevêtrement. En effet, il est difficile de voir pourquoi quelqu'un voudrait être empêtré avec un photodétecteur pendant le temps qu'il faut pour faire cette expérience.

Une façon d'augmenter cette motivation serait de modifier l'expérience afin qu'elle emmêle deux humains. Il n'est pas difficile d'imaginer un peuple voulant participer à une telle expérience, peut-être même avec impatience.

Cela nécessitera une configuration modifiée dans laquelle les deux détecteurs sont des yeux humains, avec leur niveau de déclenchement élevé et leur faible efficacité. Que cela soit possible avec la configuration de Vivoli and co n'est pas encore clair.

Ce n'est qu'alors que les volontaires pourront répondre à la question qui préoccupe la plupart des physiciens. Qu'est-ce que ça fait d'être enchevêtré avec un autre humain?

Compte tenu de la nature de cette expérience, la réponse sera ennuyeuse. Mais comme Vivoli et co le soulignent dans leur conclusion : Il est prudent de dire que sonder la vision humaine avec la lumière quantique est une terra incognita. Cela en fait un défi attrayant en soi.

Assez!

Réf : arxiv.org/abs/1602.01907 : Que faut-il pour voir l'enchevêtrement ?

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