Des études récentes remettent en question l’interprétation initiale de l’effet quantique du chat de Cheshire, soulignant le rôle de la contextualité dans la mécanique quantique. Cette recherche suggère que la séparation perçue des particules et de leurs propriétés est le résultat de la manière dont les systèmes quantiques sont mesurés et non un phénomène physique réel. Comprendre cela pourrait ouvrir de nouvelles perspectives sur la mécanique quantique et ses applications. Crédit : Issues.fr.com
Ce qui se passe réellement est beaucoup plus étrange et peut nous aider à mieux comprendre la mécanique quantique.
L’effet quantique du chat de Cheshire tire son nom du chat de Cheshire fictif dans le Alice au pays des merveilles histoire. Ce chat a pu disparaître, ne laissant derrière lui que son sourire. De même, dans un article de 2013, des chercheurs affirmaient que les particules quantiques étaient capables de se séparer de leurs propriétés, ces propriétés empruntant des chemins que les particules ne pouvaient pas parcourir. Ils ont nommé cela l’effet quantique du chat du Cheshire. Depuis, les chercheurs ont prétendu étendre cela plus loin, en échangeant les propriétés désincarnées entre les particules, en désincarnant simultanément plusieurs propriétés et même en « séparant la dualité onde-particule » d’une particule.
Contextualité en mécanique quantique
Cependant, des recherches récentes, publiées récemment dans le Nouveau journal de physiquemontre que ces expériences ne montrent pas réellement des particules se séparant de leurs propriétés, mais affichent plutôt une autre caractéristique contre-intuitive de la mécanique quantique : la contextualité.
La mécanique quantique est l’étude du comportement de la lumière et de la matière à l’échelle atomique et subatomique. De par sa nature, la mécanique quantique est contre-intuitive. L’équipe de recherche a entrepris de comprendre fondamentalement cette nature contre-intuitive, tout en explorant les avantages pratiques.
« La plupart des gens savent que la mécanique quantique est étrange, mais identifier les causes de cette étrangeté reste un domaine de recherche actif. Cela a été lentement formalisé dans une notion appelée contextualité – selon laquelle les systèmes quantiques changent en fonction des mesures que vous effectuez sur eux », a déclaré Jonte Hance, chercheur à l’Université d’Hiroshima et au Université de Bristol.
Le simple interféromètre utilisé dans le scénario quantique du chat de Cheshire, où un photon est préparé dans l’état intriqué de polarisation de trajet ECC, mais n’est pris en compte que s’il arrive sur le chemin de sortie + avec la polarisation D. Le paradoxe survient lorsque l’on considère le trajet du photon, polarisation et corrélation trajet-polarisation, alors qu’il se trouve à l’intérieur de l’interféromètre. Crédit : Jonte R Hance et al 2023 New J. Phys. 25 113028
Une séquence de mesures sur un système quantique produira des résultats différents selon l’ordre dans lequel les mesures sont effectuées. Par exemple, si nous mesurons où se trouve une particule, puis à quelle vitesse elle se déplace, cela donnera des résultats différents de la mesure d’abord de la vitesse à laquelle elle se déplace, puis de l’endroit où elle se trouve. En raison de cette contextualité, les systèmes quantiques peuvent être mesurés comme ayant des propriétés dont on pourrait s’attendre à ce qu’elles soient mutuellement incompatibles.
« Cependant, nous ne comprenons toujours pas vraiment ce qui cause cela, c’est donc ce que nous voulions étudier, en utilisant le scénario paradoxal du chat quantique du Cheshire comme banc d’essai », a déclaré Hance.
Redéfinir le chat du Cheshire quantique
L’équipe note que le problème du paradoxe quantique du chat de Cheshire est que son affirmation initiale, selon laquelle la particule et ses propriétés, telles que le spin ou la polarisation, se séparent et se déplacent sur des chemins différents, peut être une représentation trompeuse de la physique réelle de la situation. .
« Nous voulons corriger cela en montrant que des résultats différents sont obtenus si un système quantique est mesuré de différentes manières, et que l’interprétation originale du chat de Cheshire quantique ne se produit que si l’on combine les résultats de ces différentes mesures d’une manière très spécifique. , et ignorez ce changement lié aux mesures », a déclaré Holger Hofmann, professeur à l’Université d’Hiroshima.
L’équipe a analysé le protocole du chat du Cheshire en examinant la relation entre trois mesures différentes concernant le chemin et la polarisation d’un photon dans le cadre du protocole quantique du chat du Cheshire. Cela aurait semblé aboutir à une contradiction logique si le système n’était pas contextuel.
Leur article discute de la façon dont ce comportement contextuel est lié à des valeurs faibles et des cohérences entre les États interdits. Grâce à leurs travaux, ils ont montré qu’au lieu d’une propriété de la particule désincarnée, le chat quantique du Cheshire démontre plutôt les effets de ces cohérences, que l’on retrouve généralement dans les systèmes pré- et post-sélectionnés.
Recherche future et contextualité quantique
Pour l’avenir, l’équipe souhaite élargir cette recherche, trouver un moyen d’unifier les effets quantiques paradoxaux en tant que manifestations de la contextualité et expliquer une fois pour toutes comment et pourquoi les mesures modifient les systèmes quantiques.
« Cela nous aidera non seulement à expliquer enfin pourquoi la mécanique quantique est si contre-intuitive, mais nous aidera également à développer des moyens d’utiliser cette étrangeté à des fins pratiques. Étant donné que la contextualité est intrinsèquement liée aux scénarios dans lesquels il existe un avantage quantique par rapport aux solutions classiques à un problème donné, ce n’est qu’en comprenant la contextualité que nous pourrons réaliser tout le potentiel, par exemple, l’informatique quantique« , a déclaré Hance.
L’équipe de recherche comprend Jonte R. Hance, Ming Ji et Holger F. Hofmann de la Graduate School of Advanced Science and Engineering de l’Université d’Hiroshima. Hance est également chercheur associé au Département de génie électrique et électronique de l’Université de Bristol.
La recherche a été financée par la bourse postdoctorale Phoenix pour la recherche de l’Université d’Hiroshima, la Université d’YorkLa subvention EPSRC DTP, le Quantum Communications Hub financé par des subventions EPSRC et une subvention JST SPRING.
