Le mois dernier, trois Les scientifiques ont remporté le prix Nobel de physique pour leur travail prouvant l’une des réalités les plus contre-intuitives mais conséquentes du monde quantique. Ils ont montré que deux particules quantiques intriquées doivent être considérées comme un système unique – leurs états inexorablement liés les uns aux autres – même si les particules sont séparées par de grandes distances. En pratique, ce phénomène de « non-localité » signifie que le système que vous avez devant vous peut être instantanément affecté par quelque chose qui se trouve à des milliers de kilomètres.
L’intrication et la non-localité permettent aux informaticiens de créer des codes indéchiffrables. Dans une technique connue sous le nom de distribution de clé quantique indépendante de l’appareil, une paire de particules est enchevêtrée puis distribuée à deux personnes. Les propriétés partagées des particules peuvent désormais servir de code, un code qui protégera les communications même des ordinateurs quantiques, des machines capables de percer les techniques de cryptage classiques.
Mais pourquoi s’arrêter à deux particules ? En théorie, il n’y a pas de limite supérieure au nombre de particules pouvant partager un état intriqué. Pendant des décennies, les physiciens théoriciens ont imaginé des connexions quantiques à trois, à quatre et même à 100 voies, le genre de chose qui permettrait un Internet protégé quantique entièrement distribué. Maintenant, un laboratoire en Chine a réalisé ce qui semble être un enchevêtrement non local entre trois particules à la fois, renforçant potentiellement la force de la cryptographie quantique et les possibilités des réseaux quantiques en général.
“La non-localité bipartite est assez folle comme ça”, a déclaré Peter Bierhorst, théoricien de l’information quantique à l’Université de la Nouvelle-Orléans. “Mais il s’avère que la mécanique quantique peut faire des choses qui vont même au-delà lorsque vous avez trois parties.”
Les physiciens ont déjà intriqué plus de deux particules. Le record se situe quelque part entre 14 particules et 15 trillions, selon à qui vous demandez. Mais ce n’était que sur de courtes distances, à quelques centimètres au plus. Pour rendre l’intrication multipartite utile pour la cryptographie, les scientifiques doivent aller au-delà de la simple intrication et démontrer la non-localité – “une barre haute à atteindre”, a déclaré Elie Wolfe, théoricien quantique au Perimeter Institute for Theoretical Physics à Waterloo, au Canada.
La clé pour prouver la non-localité est de tester si les propriétés d’une particule correspondent aux propriétés de l’autre – la marque de l’intrication – une fois qu’elles sont suffisamment éloignées pour que rien d’autre ne puisse provoquer les effets. Par exemple, une particule qui est encore physiquement proche de son jumeau intriqué peut émettre un rayonnement qui affecte l’autre. Mais s’ils sont distants d’un mile et mesurés pratiquement instantanément, ils ne sont probablement liés que par enchevêtrement. Les expérimentateurs utilisent un ensemble d’équations appelées inégalités de Bell pour exclure toutes les autres explications des propriétés liées des particules.
Avec trois particules, le processus de preuve de non-localité est similaire, mais il y a plus de possibilités à exclure. Cela augmente la complexité des mesures et des obstacles mathématiques que les scientifiques doivent franchir pour prouver la relation non locale des trois particules. “Vous devez trouver une manière créative de l’aborder”, a déclaré Bierhorst, et disposer de la technologie pour créer les conditions idéales en laboratoire.
Dans les résultats publiés en août, une équipe de Hefei, en Chine, a fait un bond en avant crucial. Tout d’abord, en projetant des lasers à travers un type spécial de cristal, ils ont enchevêtré trois photons et les ont placés dans différentes zones de l’installation de recherche, à des centaines de mètres de distance. Ensuite, ils ont mesuré simultanément une propriété aléatoire de chaque photon. Les chercheurs ont analysé les mesures et ont découvert que la relation entre les trois particules était mieux expliquée par la non-localité quantique à trois voies. C’était la démonstration la plus complète de non-localité à trois voies à ce jour.
