Une expérience corrige des lacunes pour fournir de nouvelles preuves d’interactions quantiques-Technologik

Dans une nouvelle étude, les chercheurs démontrent une tactique créative pour se débarrasser des failles qui ont longtemps confondu les tests de la mécanique quantique. Grâce à leur méthode innovante, les chercheurs ont pu démontrer des interactions quantiques entre deux particules espacées de plus de 180 mètres, tout en éliminant la possibilité que des événements partagés au cours des 11 dernières années aient affecté leur interaction.

Un document expliquant ces résultats sera présenté à la conférence Frontiers in Optics + Laser Science (FIO + LS), tenue du 15 au 19 septembre à Washington, D.C., États-Unis d’Amérique.

Les phénomènes quantiques sont explorés pour des applications dans l’informatique, le cryptage, la détection, etc., mais les chercheurs ne comprennent pas encore pleinement la physique qui les sous-tend. Les nouveaux travaux pourraient aider à faire progresser les applications quantiques en améliorant les techniques de vérification de la mécanique quantique.

Un test pour les théories quantiques

Les physiciens ont longtemps été aux prises avec différentes idées sur les forces qui régissent notre monde. Tandis que les théories de la mécanique quantique ont progressivement dépassé la mécanique classique, de nombreux aspects de la mécanique quantique restent mystérieux. Dans les années 1960, le physicien John Bell a proposé un moyen de tester la mécanique quantique, connu sous le nom d’inégalité de Bell.

L’idée est que deux parties, surnommées Alice et Bob, effectuent des mesures sur des particules éloignées les unes des autres mais connectées l’une à l’autre par un enchevêtrement quantique.

Si le monde était en effet uniquement régi par la mécanique quantique, ces particules distantes seraient régies par une corrélation non locale par des interactions quantiques, de sorte que la mesure de l’état d’une particule affecte l’état de l’autre. Cependant, certaines théories alternatives suggèrent que les particules ne semblent s’affecter que les unes les autres, mais qu’elles sont en réalité liées par d’autres variables cachées suivant la physique classique plutôt que quantique.

Les chercheurs ont mené de nombreuses expériences pour tester l’inégalité de Bell. Cependant, les expériences ne peuvent pas toujours être parfaites, et il existe des failles pouvant entraîner des résultats trompeurs. Bien que la plupart des expériences aient fortement soutenu la conclusion selon laquelle les interactions quantiques existent, ces failles laissent encore une possibilité lointaine que des chercheurs puissent affecter par inadvertance des variables cachées, laissant ainsi place au doute.

Lacunes de fermeture

Dans la nouvelle étude, Li et ses collègues ont montré des moyens de combler ces lacunes et ajouté à la preuve que la mécanique quantique régit les interactions entre les deux particules.

“Nous avons réalisé un test de Bell exempt de meurtrières avec les paramètres de mesure déterminés par des photons cosmiques distants. Nous avons ainsi vérifié la complétude de la mécanique quantique avec une probabilité de confiance élevée”, a déclaré Ming-Han Li, de l’Université des sciences et technologies de Chine. est l’auteur principal sur le papier.

Leur configuration expérimentale comprend trois composants principaux: un dispositif qui envoie périodiquement des paires de photons enchevêtrés et deux stations qui mesurent les photons. Ces stations sont Alice et Bob, dans le jargon de l’inégalité de Bell. La première station de mesure est à 93 mètres (305 pieds) de la source de paire de photons et la seconde station est à 90 mètres (295 pieds) dans la direction opposée.

Les photons enchevêtrés voyagent à travers une fibre optique monomode jusqu’aux stations de mesure, où leur état de polarisation est mesuré avec une cellule de Pockels et les photons sont détectés par des détecteurs supraconducteurs à un seul photon.

En concevant leur expérience, les chercheurs ont cherché à surmonter trois problèmes clés: l’idée que perte et bruit rendent la détection peu fiable (échappatoire), l’idée que toute communication affectant les choix de mesure d’Alice et de Bob rend la mesure infondable (échappatoire de localité). et l’idée qu’un choix de réglage de mesure qui n’est pas «vraiment libre et aléatoire» permet au résultat de pouvoir être contrôlé par une cause cachée du passé commun (échappatoire en matière de liberté de choix).

Pour résoudre le premier problème, Li et ses collègues ont démontré que leur configuration permettait d’obtenir un niveau de perte et de bruit suffisamment faible en comparant les mesures effectuées au début et à la fin du parcours du photon. Pour répondre à la seconde question, ils ont construit la configuration expérimentale avec une séparation semblable à l’espace entre les choix de paramètres de mesure. Pour répondre à la troisième question, ils ont basé leurs choix de mesure sur le comportement des photons cosmiques d’il y a 11 ans, ce qui permet de croire avec certitude que rien dans le passé commun des particules – depuis au moins 11 ans – n’a créé une variable cachée affectant la résultat.

En combinant des prévisions théoriquement calculées avec des résultats expérimentaux, les chercheurs ont pu démontrer des interactions quantiques entre les paires de photons intriqués avec un degré élevé de confiance et de fidélité. Leur expérience fournit donc une preuve solide que les effets quantiques, plutôt que les variables cachées, sont à l’origine du comportement des particules.

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