Des particules de lumière voyageant à travers un labyrinthe d'appareils semblent avoir passé un célèbre test pour enchevêtrement – sans être empêtré du tout
Les particules légères semblent présenter une étrangeté quantique même lorsqu'elles ne sont pas enchevêtrées
Les particules qui ne semblent pas être empêtrées ont obtenu un score élevé sur un célèbre test d'enchevêtrement. L'expérience pourrait offrir un nouveau regard sur ce qui rend le monde quantique si étrange.
Il y a près de 60 ans, le physicien John Stewart Bell a conçu un test pour savoir si notre monde est mieux décrit par la mécanique quantique ou par un ensemble de théories plus traditionnelles. La principale différence est que la théorie quantique comprend la «non-localité», ou les effets qui peuvent s'étendre sur n'importe quelle distance – même très grands. Étonnamment, toutes les expériences qui ont mis en œuvre le test de Bell à ce jour ont affirmé que notre réalité physique est non locale, suggérant que nous vivons dans un monde quantique.
Cependant, ces expériences comprenaient des particules inextricablement liées par enchevêtrement quantique. Maintenant, Xiao-Song MA à l'Université Nanjing en Chine et ses collègues disent qu'ils ont passé le test de cloche sans utiliser enchevêtrement. «Notre nouveau travail peut fournir une nouvelle perspective à la compréhension des gens des corrélations non locales», dit-il.
L'expérience a commencé avec quatre cristaux spéciaux, chacun émettant deux particules de lumière, ou photons, lorsqu'ils sont illuminés avec des lasers. Les photons avaient plusieurs propriétés que les chercheurs pouvaient mesurer, notamment la polarisation et la phase, qui décrit la façon dont la lumière se retourne lorsqu'elle est considérée comme une onde électromagnétique. Les chercheurs ont fait voyager ces photons à travers un dédale de dispositifs optiques, tels que des cristaux et des lentilles, avant de frapper un détecteur.
Dans une expérience de test de cloche typique, deux expérimentateurs hypothétiques, Alice et Bob, mesurent les propriétés des particules enchevêtrées. Ensuite, Alice et Bob peuvent déterminer si les particules sont liées de manière non locale en branchant leurs résultats dans une équation «d'inégalité».
La nouvelle expérience comprenait Alice et Bob, chacune représentée par un ensemble de dispositifs et de détecteurs optiques, mais pas de photons enchevêtrés. En fait, les chercheurs ont ajouté des dispositifs à leur configuration qui empêchaient les fréquences et les vitesses des particules. Et pourtant, lorsque les chercheurs ont mis les mesures d'Alice et Bob dans l'équation des inégalités, ils ont constaté que les photons étaient liés plus fortement que ce qui pourrait s'expliquer par tout effet local.
Mario Krenn au Max Planck Institute for the Science of Light en Allemagne dit que cela peut être dû au fait que les photons avaient une autre propriété quantique étrange: ils ont été créés de telle manière qu'il était impossible de dire quel photon était «né» dans lequel Crystal, et leurs chemins étaient indiscernables, dit-il. Dans le passé, Krenn, MA et leurs collègues ont utilisé cette propriété – appelée «indiscernabilité par identité de chemin» – pour enchevvoir des photons. Dans ce cas, cependant, ils s'assuraient que l'indiscernabilité était le seul type de bizarrerie quantique présente.
L'équipe n'a pas encore de théorie définitive pour expliquer pourquoi elle pourrait reproduire les résultats de l'enchevêtrement dans le test de cloche sans utiliser d'enchevêtrement, mais MA dit que plusieurs autres phénomènes fondamentalement quantiques ont une indulgence comme exigence. Donc, il pourrait également s'agir d'un ingrédient de base nécessaire pour créer des corrélations non locales, même dans une recette qui n'inclut pas l'intrication.
Krenn et MA s'attendent à ce que d'autres physiciens puissent proposer de nouvelles théories alternatives et identifier les lacunes expérimentales dans leur test de cloche. Après tout, c'est ce qui s'est produit avec le test canonique de la cloche – près de 50 ans passés entre les premières expériences, la théorie quantique confirmant et celles où toutes les explications alternatives ont été fermement exclues.
Un problème peut résider dans la technique de «post-sélection» que l'équipe a utilisée, où seules certaines détections de photons sont prises en compte, explique Stefano Paesani à l'Université de Copenhague au Danemark. À son avis, cela ne sait pas si leurs photons non entanglés peuvent être définitivement notés comme non locaux sur le test de Bell. Sans post-sélection, l'expérience correspondrait à des scénarios plus standard où un enchevêtrement est présent, dit-il.
Jeff Lundeen à l'Université d'Ottawa au Canada dit qu'il est possible de construire des expériences où le test de la cloche diagnostique la lumière, même une lumière qui n'est pas quantique, avec des corrélations inhabituellement fortes. Mais cela «n'a pas de grandes implications pour la nature de l'univers ou de la réalité».
Dans de telles situations, Alice et Bob sont soit le même observateur, soit ont la possibilité de communiquer et de produire des corrélations que les chercheurs pourraient confondre avec des effets non locaux. Lundeen dit que la nouvelle expérience n'exclut pas suffisamment la possibilité d'Alice et de Bob collusion. « Ainsi, l'expérience ne semble pas avoir les mêmes implications que la violation de l'inégalité de la célèbre Bell », dit-il.
«C'est vraiment une belle extension de l'une des œuvres monument les plus frappantes sur les photons enchevêtrés des« jours de gloire »des années 1990», explique Aephraim Steinberg à l'Université de Toronto au Canada. À son avis, cependant, il y a encore un enchevêtrement dans la nouvelle expérience. Cela n'existe pas au niveau des photons, mais plutôt dans les champs quantiques, les photons découlent.
À l'avenir, l'équipe veut améliorer ses appareils pour éviter certaines de ces critiques. Par exemple, faire produire chaque cristal pour produire plus de photons permettrait aux chercheurs de cesser d'utiliser après la sélection. «Notre groupe de collaboration a déjà identifié plusieurs lacunes potentielles clés, et c'est quelque chose que nous sommes impatients de résoudre à l'avenir», explique Ma.
