Des physiciens quantiques de l’Université d’Hiroshima ont révélé que les résultats des mesures quantiques sont fondamentalement liés à la dynamique d’interaction entre l’appareil de mesure et le système, remettant en question les visions traditionnelles des propriétés physiques fixes et suggérant que la réalité est façonnée par le contexte de ces interactions. Leurs résultats soulignent la nécessité de repenser l’interprétation des données expérimentales quantiques.
Chaque fois que la précision des mesures s’approche de la limite d’incertitude fixée par la mécanique quantique, les résultats deviennent dépendants de la dynamique d’interaction entre l’appareil de mesure et le système. Cette découverte pourrait expliquer pourquoi les expériences quantiques produisent souvent des résultats contradictoires et peuvent contredire les hypothèses de base concernant la réalité physique.
Analyse et résultats de la recherche
Deux physiciens quantiques de l’Université d’Hiroshima ont récemment analysé la dynamique d’une interaction de mesure, où la valeur d’une propriété physique est identifiée avec un changement quantitatif de l’état du compteur. Il s’agit d’un problème difficile, car la théorie quantique n’identifie pas la valeur d’une propriété physique à moins que le système ne soit dans ce qu’on appelle un « état propre » de cette propriété physique, un très petit ensemble d’états quantiques spéciaux pour lesquels la propriété physique a un valeur fixe.
Les chercheurs ont résolu ce problème fondamental en combinant des informations sur le passé du système avec des informations sur son avenir dans une description de la dynamique du système lors de l’interaction de mesure, démontrant ainsi que les valeurs observables d’un système physique dépendent de la dynamique de la mesure. interaction par laquelle ils sont observés.
Selon la théorie quantique, les résultats des mesures sont façonnés par les changements dans la relation entre le passé et le futur d’un système provoqués par l’interaction des mesures. Crédit : Tomonori Matsushita et Holger F. Hofmann, Université d’Hiroshima
L’équipe a récemment publié les résultats de leur étude dans la revue Recherche sur l’examen physique.
« Il existe de nombreux désaccords sur l’interprétation de la mécanique quantique, car différents résultats expérimentaux ne peuvent pas être conciliés avec la même réalité physique », a déclaré Holger Hofmann, professeur à la Graduate School of Advanced Science and Engineering de l’Université d’Hiroshima, au Japon.
« Dans cet article, nous étudions comment les superpositions quantiques dans la dynamique de l’interaction de mesure façonnent la réalité observable d’un système observé dans la réponse d’un compteur. Il s’agit d’une étape majeure vers l’explication de la signification de la « superposition » en mécanique quantique », a déclaré Hofmann.
Superposition et réalité physique
En mécanique quantique, une superposition décrit une situation dans laquelle deux réalités possibles semblent coexister, même si elles peuvent être clairement distinguées lorsqu’une mesure appropriée est effectuée. L’analyse de l’étude de l’équipe suggère que les superpositions décrivent différents types de réalité lorsque différentes mesures sont effectuées. La réalité d’un objet dépend des interactions de l’objet avec son environnement.
« Nos résultats montrent que la réalité physique d’un objet ne peut être séparée du contexte de toutes ses interactions avec l’environnement, passé, présent et futur, fournissant ainsi une preuve solide contre la croyance répandue selon laquelle notre monde peut être réduit à une simple configuration de des éléments de base matériels », a déclaré Hofmann.
Selon la théorie quantique, le décalage du compteur qui représente la valeur de la propriété physique observée lors d’une mesure dépend de la dynamique du système provoquée par les fluctuations de l’action inverse par laquelle le compteur perturbe l’état du système. Les superpositions quantiques entre les différentes dynamiques possibles du système façonnent la réponse du compteur et lui attribuent des valeurs spécifiques.
Les auteurs ont en outre expliqué que les fluctuations de la dynamique du système dépendent de la force de l’interaction de mesure. Dans la limite des interactions faibles, les fluctuations de la dynamique du système sont négligeables et le décalage métrique peut être déterminé à partir de l’équation de Hamilton-Jacobi, une équation différentielle classique exprimant la relation entre une propriété physique et la dynamique qui lui est associée.
Lorsque l’interaction de mesure est plus forte, des effets d’interférence quantique complexes entre différentes dynamiques de systèmes sont observés. Les mesures entièrement résolues nécessitent une randomisation complète de la dynamique du système. Cela correspond à une superposition de toutes les dynamiques de système possibles, où les effets d’interférence quantique sélectionnent uniquement les composants du processus quantique qui correspondent aux valeurs propres de la propriété physique.
Les valeurs propres sont les valeurs que les manuels de mécanique quantique attribuent aux résultats des mesures – précision photon nombres, rotation vers le haut ou vers le bas, et ainsi de suite. Comme le montrent les nouveaux résultats, ces valeurs résultent de la randomisation complète de la dynamique. Différentes valeurs doivent être prises en compte lorsque la dynamique du système n’est pas complètement aléatoire par la mesure.
Implications pour la compréhension des mesures quantiques
Il est intéressant de noter que cette observation offre une nouvelle perspective sur l’utilisation des résultats de mesure dans les descriptions de la réalité. Il est courant de supposer que les particules localisées ou les valeurs entières de spin sont des éléments de la réalité indépendants des mesures, mais ces résultats de recherche suggèrent que ces valeurs ne sont créées que par des interférences quantiques dans des mesures suffisamment fortes. Notre compréhension de la signification des données expérimentales a peut-être besoin d’une révision fondamentale.
Hofmann et son équipe ont hâte de clarifier davantage les résultats contradictoires observés dans de nombreuses expériences quantiques. « Les réalités dépendantes du contexte peuvent expliquer un large éventail d’effets quantiques apparemment paradoxaux. Nous travaillons actuellement à de meilleures explications de ces phénomènes. En fin de compte, l’objectif est de développer une compréhension plus intuitive des concepts fondamentaux de la mécanique quantique qui évite les malentendus provoqués par une croyance naïve en la réalité des objets microscopiques », a déclaré Hofmann.
L’étude a été financée par l’Agence japonaise pour la science et la technologie.
