Quest-ce que lintrication quantique ?

L’intrication quantique est un phénomène dans lequel deux particules, ou plus généralement deux systèmes quantiques, partagent un état commun. Même lorsqu’ils sont éloignés l’un de l’autre, les résultats de certaines mesures effectuées sur ces systèmes présentent des corrélations qui ne peuvent pas être décrites comme de simples propriétés indépendantes préexistantes. Cette caractéristique, contraire à l’intuition classique, est devenue un élément central de la physique quantique et de plusieurs technologies émergentes.

Un état quantique partagé

Deux particules peuvent devenir intriquées après une interaction ou lors d’un processus qui les produit dans un état commun. Leurs propriétés mesurables peuvent concerner, par exemple, le spin d’électrons ou la polarisation de photons. Avant la mesure, il n’est pas toujours correct d’attribuer à chacune une valeur déterminée de façon indépendante. Lorsqu’une mesure est réalisée sur l’une des particules, le résultat obtenu est corrélé à celui qui pourra être observé sur l’autre, même si les deux particules sont séparées par une très grande distance. Il ne s’agit toutefois pas d’un lien matériel reliant les particules ni d’un signal qui voyagerait instantanément de l’une à l’autre : les résultats individuels restent imprévisibles, et la corrélation ne peut être établie qu’en comparant les observations.

D’Einstein aux tests expérimentaux

L’intrication a été au cœur du débat suscité en 1935 par l’article d’Einstein, Podolsky et Rosen, qui mettait en question l’interprétation complète de la mécanique quantique. Einstein jugeait problématique l’idée que la théorie puisse conduire à des corrélations entre objets éloignés et a ensuite employé l’expression « action fantôme à distance ». Dans les années 1960, le physicien John Bell a proposé des critères, connus sous le nom d’inégalités de Bell, permettant de distinguer les prédictions quantiques de celles des théories locales à variables cachées. Des expériences réalisées notamment à partir des années 1980 ont observé des violations de ces inégalités, en accord avec la mécanique quantique. Elles ont ainsi confirmé que les corrélations observées ne s’expliquent pas par un simple scénario classique dans lequel chaque particule posséderait à l’avance toutes ses propriétés indépendamment de l’autre.

Une corrélation qui ne dépasse pas la vitesse de la lumière

L’intrication est parfois présentée comme une communication instantanée, mais cette formulation est trompeuse. Une personne qui mesure sa particule ne peut pas choisir le résultat qu’elle obtient et ne peut donc pas y encoder librement un message. L’observateur qui possède l’autre particule voit lui aussi une suite de résultats aléatoires. Pour mettre en évidence la corrélation, les deux observateurs doivent comparer leurs données au moyen d’une communication classique, limitée par la vitesse de la lumière. L’intrication est donc compatible avec le principe selon lequel aucune information exploitable ne peut être transmise plus vite que la lumière, même si ses corrélations ne ressemblent pas à celles de deux objets classiques indépendants.

Des applications en développement

L’intrication intervient dans certaines technologies de communication quantique. Elle peut notamment être utilisée dans des protocoles de distribution quantique de clés, conçus pour détecter certaines perturbations introduites par une interception. Elle joue également un rôle dans la téléportation quantique, qui permet de transférer l’état quantique d’un système vers un autre grâce à une paire intriquée et à l’échange d’informations classiques ; il ne s’agit pas de transporter la matière ni de transmettre une information instantanément. Dans l’informatique quantique, l’intrication fait partie des ressources exploitées par certains algorithmes et dispositifs, avec la superposition. Ces applications restent soumises à d’importantes contraintes expérimentales, notamment la fragilité des états intriqués et les pertes lors de la transmission.