Hors de l’espace-temps? - Dans Nature, des physiciens de l’UNIGE montrent que les corrélations quantiques pourraient surgir depuis l’extérieur de l’espace-temps
Depuis la réussite de la première téléportation quantique à longue distance par l’équipe du prof. Nicolas Gisin, publiée dans Nature en janvier 2003, les revues scientifiques internationales se sont régulièrement faites l’écho des progrès réalisés dans le domaine par les physiciens de l’Université de Genève (UNIGE). Aussi, après la parution d’un article dans Nature Physics il y a quelques semaines à peine, c’est aujourd’hui Nature qui remet à l’honneur les scientifiques de l’UNIGE, en publiant les résultats de leurs travaux sur la nature du canal de téléportation quantique. Les chercheurs y montrent que si la téléportation a une vitesse, elle est d’au moins 100 000 fois celle de la lumière. La formulation de cette première limite leur permet ainsi de dépasser le constat initial d’Albert Einstein, pour qui ces corrélations n’étaient que des «actions fantômes», et de conclure à leur surgissement depuis l’extérieur de l’espace-temps.
Toute approche scientifique peut être schématiquement décrite comme un travail en deux temps: l’observation, d’une part, de phénomènes apparement corrélés, et l’invention, d’autre part, de modèles théoriques qui permettent de les expliquer. En outre, ces corrélations sont d’ordinaire ramenées à deux grandes catégories de mécanismes. Soit un premier événement en a influencé un second, soit les deux événements corrélés ont une cause commune dans un passé commun.
De la corrélation à l’intrication
La physique quantique fonctionne, elle, de manière sensiblement différente, dans le sens où ses corrélations, appelées intrications, échappent à ces modèles explicatifs dominants. Il faut à ce titre rappeler que la téléportation quantique, dont l’usage permet aujourd’hui l’échange de clés secrètes, requiert d’une part que les deux parties du dispositif soient justement «intriquées» et, d’autre part, qu’elles communiquent très peu d’information.
Ainsi, à l’échelle quantique, des événements corrélés peuvent être simultanés, excluant donc que l’un influence l’autre. De surcroît, ils peuvent violer les «inégalités de Bell», loi de la physique classique dont le non-respect exclut toute explication basée sur une cause commune. On peut donc en déduire que c’est l’intrication qui constitue le canal de téléportation quantique.
Mais ces constats ne permettent pas pour autant de lever le mystère qui entoure ce phénomène de corrélation quantique et qui, en son temps, avait fait douter Albert Einstein de son existence au point de le qualifier d’«action fantôme» (en anglais: «a spooky action»).
Dépasser le mystère
Aujourd’hui, si l’existence des corrélations quantiques n’est plus mise en doute, leur nature mystérieuse demeure. Or, une hypothèse explicative tend actuellement à imaginer que ces corrélations résultent d’un barreau invisible, infiniment rigide, infiniment long, et capable de relier des objets de tailles quelconque. Le travail des physiciens de la Faculté des sciences de l’UNIGE s’est précisément focalisé sur la rigidité de ce barreau invisible: une rigidité infinie qui pourrait correspondre à la vitesse supposée infinie de «l’action fantôme».
L’hypothèse testée par les scientifiques est donc que cette vitesse, bien que très grande, est en réalité limitée. Suivant ce postulat, si les événements étaient suffisamment distants et bien synchronisés, le barreau n’aurait pas le temps d’agir et les corrélations quantiques devraient disparaître. Mais si cette vitesse est supérieure à celle de la lumière, il faut alors déterminer dans quel référentiel elle est définie.
Mesurer
hors du temps
Pour tenter de prendre la mesure d’un tel phénomène, Daniel Salart, doctorant dans le groupe du prof. Gisin, a conçu une expérience de corrélations quantiques entre Satigny et Jussy (18km), sur un réseau de fibres optiques classique de Swisscom. Dans ce cadre, il a soigneusement synchronisé les deux événements. Puis il a constamment mesuré les corrélations pendant 24 heures, soit un cycle entier de rotation terrestre. Cette vitesse supra-lumineuse aura ainsi été mesurée à un moment précis durant le cycle de rotation de la Terre, indépendamment de son référentiel définition.
Au terme de ces expérimentations, les chercheurs sont arrivés à la conclusion que la vitesse de «l’action fantôme» d’Einstein, si cette vitesse existe, est en tout cas 100 000 fois supérieure à celle de la lumière. Les auteurs concluent enfin qu’il n’y a pas d’action fantôme, mais que les corrélations quantiques peuvent se manifester simultanément en plusieurs endroits, comme surgissant depuis l’extérieur de l’espace-temps.
Publié dans la dernière livraison de la revue Nature, ces résultats remarquables témoignent de la propension de ce domaine d’investigation à remettre en question certains des principes fondateurs de la physique, tels qu’ils nous ont régis jusqu’à aujourd’hui.
Contact: Nicolas Gisin +41 (0)22 379 65 97
13 août 2008