Physique quantique L’intrication quantique contrôle la dualité onde-particule

À l’aide de l’ordinateur quantique d’IBM, des physiciens de l’EPFL ont vérifié pour la première fois le lien étroit entre l’intrication quantique et la dualité onde-particule. Ils démontrent que la première contrôle la seconde dans un système quantique.

«Il est possible de faire des expériences en physique fondamentale sur l’ordinateur quantique d’IBM, accessible à distance», explique Marc-André Dupertuis, physicien à la Faculté des Sciences de base de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), cité vendredi dans un communiqué de cette dernière.

Le chercheur a travaillé en collaboration avec Nicolas Schwaller, étudiant en master de physique, et Clément Javerzac-Galy, co-dirigeant de l’entreprise de solutions photoniques Miraex. Ces trois scientifiques ont étudié un système constitué de deux éléments quantiques distincts, représentés dans l'ordinateur IBM Q comme des bits quantiques supraconducteurs.

«Nous avons pu confirmer indirectement que la dualité de chaque bit quantique peut être désactivée complètement ou déterminée à une valeur souhaitée en contrôlant le degré d’intrication de la paire», affirme Marc-André Dupertuis.

Dualité onde-particule

La dualité onde-particule est l’idée que chaque particule ou entité quantique peut être décrite comme une particule ou une onde, les plus célèbres exemples étant les photons (particules de lumière) et les électrons.

Depuis le débat historique entre les physiciens Albert Einstein et Niels Bohr au début du XXe siècle, diverses expériences ont mis en évidence les aspects extrêmement contre-intuitifs de la dualité onde-particule, montrant que la matière pouvait se comporter non seulement comme une particule mais aussi comme une onde.

Une seconde révolution quantique a commencé dans les années 1930, lorsqu’Albert Einstein et Erwin Schrödinger ont découvert un phénomène encore plus étrange: l’intrication. Cette dernière survient lorsqu’au moins deux particules partagent un seul état quantique composite même lorsqu’elles sont séparées par des distances cosmiques.

L’intrication a vraiment pris possession de l’imagination scientifique et profane lorsque John Bell et Alain Aspect ont fait la démonstration théorique et expérimentale, dans les années 1960 et 1980 respectivement, qu’elle avait un lien réel avec une non-localité fondamentale en physique, ce qu’Albert Einstein avait décrit comme une «mystérieuse action à distance».

Aujourd’hui, à l’instar de la dualité onde-particule, l’intrication a entraîné le développement des applications technologiques de nouvelle génération, notamment la manipulation en parallèle d’objets quantiques, qui est au cœur de l’informatique quantique.

Deux révolutions réunies

Mais ce n’est qu’en 2010 que les physiciens Matthias Jakob et János Bergou ont publié un autre article fondamental expliquant que la dualité onde-particule de chaque système est en réalité étroitement contrôlée par une intrication mutuelle entre eux. Toutefois, ce résultat fondamental est resté sans preuve expérimentale pendant plus d’une décennie.

Jusqu’à l’avènement de la technologie quantique sur Internet. «Grâce à l’ordinateur quantique IBM Q, nous avons vérifié expérimentalement pour la première fois le lien étroit entre l’intrication quantique et la dualité onde-particule», indique Marc-André Dupertuis.

«Nous relatons dans cet article la vérification expérimentale de ce lien, en fusionnant la première et la seconde révolution quantique via ces deux découvertes extrêmement importantes mais très différentes, réunies dans une expérience inédite», conclut le chercheur. Ces travaux sont publiés dans la revue Physical Reviews A.