Schrödinger a qualifié son chat métaphorique de «assez ridicule», mais la bizarrerie quantique qu'il représente est devenue une référence utile pour l'industrie de l'informatique quantique, trouve notre chroniqueur quantique Karmela Padavic-Callaghan
Le chat métaphorique qui représente la bizarrerie quantique a échappé à sa boîte
Il y a plusieurs semaines, j'ai été blottis sur un ordinateur portable avec deux chercheurs d'IBM pour en savoir plus sur un chat de Schrödinger qu'ils avaient fait dans l'un de leurs ordinateurs quantiques. C'était un grand – assez grand, j'ai appris, à être considéré comme une preuve à laquelle leur ordinateur valait la peine d'attention.
Maintenant, ce n'était pas un vrai chat avec des pattes et des moustaches, bien sûr, mais un véritable élément métaphorique fabriqué à partir de minuscules circuits supraconducteurs appelés Qubits. Les physiciens quantiques utilisent cette langue tout le temps, faisant référence à l'animal de la célèbre expérience de pensée sur laquelle Erwin Schrödinger a écrit en 1935.
Schrödinger n'a pas décidé d'écrire un article sur un chat, mais plutôt un sur la «situation actuelle en mécanique quantique». Cette situation comprenait la façon de faire des mains sur la façon d'interpréter des combinaisons quantiques uniquement quantiques d'états appelés superpositions. Lorsqu'un objet quantique comme un électron se trouve dans une superposition de deux états, il est impossible de dire lequel des États reflète réellement la vérité sans la mesurer directement.
C'est là que le chat entre en jeu. Dans l'expérience de pensée de Schrodinger, un chat est confiné dans une chambre en acier où il y a 50% de chances qu'il survive et 50% de chances qu'un «dispositif diabolique» le tue. Écrivant un peu avec la langue en joue, Schrödinger a conclu que, sur la base des règles de la mécanique quantique, le chat se retrouvera à se retrouver à la fois mort et vivant. Pour déterminer si le chat vit ou non, un physicien doit ouvrir la chambre. « Pardonnez l'expression », a écrit Schrödinger avant de décrire l'animal comme «mélangé ou enduit à parts égales».
Schrödinger a qualifié son chat de «cas assez ridicule». Les chercheurs de l'IBM l'ont qualifié de référence. Le zeitgeist quantique a clairement changé.
Ce chat quantique souligne comment la relation entre la théorie mathématique et la réalité est loin d'être simple pour les objets quantiques. Et parce que nous sommes grands et chaleureux, contrairement à une particule, nous ne ressentons tout simplement pas cette étrangeté quantique dans notre vie quotidienne.
Les physiciens conviennent largement que mettre un véritable chat dans un état de superposition quantique serait impossible. En 2021, une équipe de chercheurs a affirmé avoir fait une tardigrade étonnamment froide, puis l'a mise dans un état quantique appelé enchevêtrement, partagé avec un minuscule circuit supraconducteur. Mais ce cas plutôt extrême n'a pas été bien reçu par tout le monde: les critiques ont soutenu que les chercheurs n'avaient pas été en mesure de prouver qu'une propriété distinctement quantique du Tardigrade était connectée au circuit d'une manière qui n'est pas possible en physique classique.
Laisser le chat sortir du sac
L'appel du chat de Schrödinger ne s'est intensifié qu'au fil des ans. Pendant environ quatre décennies, les mentions de celui-ci ne sont vraiment apparues que dans Essays on Philosophy. Mais ensuite, en 1974, l'emblématique auteur de science-fiction Ursula K. Le Guin a publié une nouvelle intitulée Cat de Schrödingeroù un narrateur douloureux rencontre un chat jaune qui peut appartenir à Schrödinger lui-même.
Dans l'histoire, le chat se retrouve dans une chambre équipée d'un dispositif diabolique, mais lorsque le narrateur l'ouvre, l'animal est introuvable – et le toit de la maison du narrateur souffle, invitant le lecteur à spéculer sur le fait que le narrateur était soumis à un dispositif diabolique qui leur est toujours propre. Les références abondent dans la science-fiction écrite dans les années qui ont suivi l'histoire de Le Guin. Aujourd'hui, le chat de Schrödinger est un pilier de la culture pop, ornant tout, des t-shirts aux tasses à café en passant par la fabrication de séries animées comme Futuramabien plus que comme le symbole de l'incertitude existentielle que Le Guin semble avoir recherche.
Les physiciens ne sont jamais sortis de l'entreprise de chat Schrödinger. D'une part, ils sont devenus extrêmement aptes à faire des états de superposition quantique, que ce soit à partir d'atomes extrêmement froids, de particules de lumière, de qubits ou même de membranes microscopiques non différentes des tambours minuscules. En 2023, les chercheurs ont placé un cristal comprenant 10 atomes de quadrillions – environ un centième plus que constituer un cristal de sel de table – dans un état de superposition, établissant un nouveau record pour les objets macroscopiques dans les états de type chat.
La poussée du nombre d'atomes dans de telles expériences à des valeurs de plus en plus grandes nous montre à quel point la portée des effets quantiques peut s'étendre. Mais les États quantiques inspirés du chat de Schrödinger sont également utiles – c'est ce qui m'a fait parler à ces chercheurs IBM. Le nom officiel de leur chat était l'État de Greenberger-Horne-Zilinger (GHZ), qu'ils ont créé à partir de 120 Qubits.
Ces qubits ont tous deux été placés dans une superposition et connectés via le lien inextricable de l'enchevêtrement quantique. L'effet était familier: tous étaient dans une combinaison de deux états par ailleurs exclusives mutuellement, représentant des valeurs de calcul de 0 et 1, un scénario qui ne peut tout simplement pas exister dans les objets non diantum.
L'intrication devrait être l'ingrédient clé pour amener les ordinateurs quantiques à sauter les meilleurs supercalculateurs du monde sur plusieurs tâches à l'avenir, et les états de GHZ sont utilisés dans bon nombre de leurs calculs. Si vous avez un ordinateur quantique, vous voulez qu'il soit assez bon pour soutenir de grands états de GHZ, donc ceux-ci sont souvent utilisés comme référence. En 2024, j'ai parlé à un chercheur qui avait fait un État GHZ de 60 qubit, qu'il a désigné comme le chat «le plus gras» à l'époque. Le chat d'IBM, à deux fois plus, est donc un véritable champion des poids lourds.
L'équipe IBM a également rendu son état GHZ «logique», ce qui signifie qu'il pourrait détecter les erreurs dans les Qubits pendant le calcul. Ceci est important car l'un des plus grands obstacles auxquels les ordinateurs quantiques d'aujourd'hui sont confrontés sur la voie de devenir vraiment utiles est qu'ils font simplement trop d'erreurs.
J'ai visité une fois l'une des installations informatiques quantiques d'IBM. Au lieu d'une chambre en acier, je me suis retrouvé à se tenir à l'intérieur de ce qui était essentiellement un très grand réfrigérateur, qui contiendrait généralement un ordinateur quantique car ces appareils ne fonctionnent que si ils sont super froids. C'est une image moins ridicule que Schrödinger l'imaginait, bien que j'étais toujours dans une sorte de chambre.
Schrödinger est décédé en 1961, deux décennies avant la première conférence sur la physique du calcul où Paul Benioff et Richard Feynman ont fait valoir séparément que non seulement les ordinateurs quantiques pouvaient être construits, mais ils peuvent être nécessaires si nous voulons bien comprendre le royaume quantique. Toutes ces années plus tard, l'idée de Schrödinger crête toujours les pensées des physiciens et ingénieurs quantiques d'aujourd'hui. Le chat assez ridicule a trouvé un moyen de rester en vie après tout.
