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Physique quantique : Fondements
une faille : sans contester les succès de la mécanique quantique, les auteurs
de l’article EPR estimaient que celle-ci ne pouvait pas être considérée comme
une description complète de la réalité physique, suivant un argument qui sera
développé au § 11.2.4. La réponse obscure et pour partie hors sujet de Bohr
montra qu’Einstein avait visé juste. Cependant, pendant près de 30 ans, le
débat resta uniquement sur le terrain philosophique et fut d’ailleurs oublié de
la plupart des physiciens comme n’ayant aucune implication pratique. C’est
seulement en 1964 que le physicien irlandais John Bell se rendit compte que
les hypothèses contenues dans l’article EPR pouvaient être testées expérimentalement. Ces hypothèses conduisaient en effet à des inégalités, les inégalités
de Bell, contredites par les prédictions de la théorie quantique. Dès la fin
des années 1970, plusieurs groupes expérimentaux s’attaquèrent au problème,
et on sait aujourd’hui que, selon toute probabilité, les inégalités de Bell ne
sont pas compatibles avec l’expérience : les hypothèses implicites dans l’article
EPR sont infirmées par les résultats expérimentaux. Dans cette section, nous
expliquerons à l’aide d’un exemple intuitif l’origine des inégalités de Bell et
nous les comparerons aux prédictions de la théorie quantique et aux données
expérimentales récentes. Le débat entre Einstein et Bohr va bien au-delà d’une
simple controverse, somme toute aujourd’hui réglée, car il pose des problèmes
de fond sur la description spatio-temporelle des processus quantiques
13
.D e
plus, les concepts introduits dans ce débat, et en particulier le concept d’intrication, sont au cœur d’une série de développements extrêmement importants
de la physique quantique moderne, en particulier de tous ceux liés à l’information quantique (section 11.5).
La question de la localité est au cœur de l’article EPR et de l’argumentation de Bell. Cette notion ne peut être comprise rigoureusement que dans le
cadre de la relativité restreinte, mais nous allons d’abord utiliser une approche
intuitive simplifiée et nous reviendrons ultérieurement sur la description relativiste. Nous allons définir la localité de la façon suivante : si deux stations
expérimentales sont suffisamment éloignées l’une de l’autre, les choix effectués par un expérimentateur de la première station ne peuvent avoir aucune
influence sur les résultats obtenus dans la seconde station, pourvu qu’aucun
signal n’ait le temps de se propager entre les deux stations. Mais cela ne veut
pas dire que les résultats de deux stations ne peuvent pas exhiber des corrélations ! Donnons un exemple élémentaire : une boîte contient deux T-shirts,
l’un rouge et l’autre vert, chacun enveloppé dans un sac opaque. Réunis à
un certain instant en un point d’espace-temps S (S pour source), Alice et
Bob prennent chacun dans la boîte un des deux T-shirts et, sans ouvrir leur
sac, partent dans deux directions opposées et parcourent chacun 1.5 milliards
de kilomètres. Ayant terminé leur périple, ils enfilent leur T-shirt. Si Alice
constate qu’elle est habillée en rouge, elle sait que Bob est habillé en vert,
et vice versa. Bien qu’un échange de signaux entre Alice et Bob prenne plus
13. Bohr a certes “gagné” le débat, ses conceptions ont prévalu sur celles d’Einstein, mais
il n’a jamais compris la profondeur des idées contenues dans l’article EPR.
Physique quantique : Fondements
une faille : sans contester les succès de la mécanique quantique, les auteurs
de l’article EPR estimaient que celle-ci ne pouvait pas être considérée comme
une description complète de la réalité physique, suivant un argument qui sera
développé au § 11.2.4. La réponse obscure et pour partie hors sujet de Bohr
montra qu’Einstein avait visé juste. Cependant, pendant près de 30 ans, le
débat resta uniquement sur le terrain philosophique et fut d’ailleurs oublié de
la plupart des physiciens comme n’ayant aucune implication pratique. C’est
seulement en 1964 que le physicien irlandais John Bell se rendit compte que
les hypothèses contenues dans l’article EPR pouvaient être testées expérimentalement. Ces hypothèses conduisaient en effet à des inégalités, les inégalités
de Bell, contredites par les prédictions de la théorie quantique. Dès la fin
des années 1970, plusieurs groupes expérimentaux s’attaquèrent au problème,
et on sait aujourd’hui que, selon toute probabilité, les inégalités de Bell ne
sont pas compatibles avec l’expérience : les hypothèses implicites dans l’article
EPR sont infirmées par les résultats expérimentaux. Dans cette section, nous
expliquerons à l’aide d’un exemple intuitif l’origine des inégalités de Bell et
nous les comparerons aux prédictions de la théorie quantique et aux données
expérimentales récentes. Le débat entre Einstein et Bohr va bien au-delà d’une
simple controverse, somme toute aujourd’hui réglée, car il pose des problèmes
de fond sur la description spatio-temporelle des processus quantiques
13
.D e
plus, les concepts introduits dans ce débat, et en particulier le concept d’intrication, sont au cœur d’une série de développements extrêmement importants
de la physique quantique moderne, en particulier de tous ceux liés à l’information quantique (section 11.5).
La question de la localité est au cœur de l’article EPR et de l’argumentation de Bell. Cette notion ne peut être comprise rigoureusement que dans le
cadre de la relativité restreinte, mais nous allons d’abord utiliser une approche
intuitive simplifiée et nous reviendrons ultérieurement sur la description relativiste. Nous allons définir la localité de la façon suivante : si deux stations
expérimentales sont suffisamment éloignées l’une de l’autre, les choix effectués par un expérimentateur de la première station ne peuvent avoir aucune
influence sur les résultats obtenus dans la seconde station, pourvu qu’aucun
signal n’ait le temps de se propager entre les deux stations. Mais cela ne veut
pas dire que les résultats de deux stations ne peuvent pas exhiber des corrélations ! Donnons un exemple élémentaire : une boîte contient deux T-shirts,
l’un rouge et l’autre vert, chacun enveloppé dans un sac opaque. Réunis à
un certain instant en un point d’espace-temps S (S pour source), Alice et
Bob prennent chacun dans la boîte un des deux T-shirts et, sans ouvrir leur
sac, partent dans deux directions opposées et parcourent chacun 1.5 milliards
de kilomètres. Ayant terminé leur périple, ils enfilent leur T-shirt. Si Alice
constate qu’elle est habillée en rouge, elle sait que Bob est habillé en vert,
et vice versa. Bien qu’un échange de signaux entre Alice et Bob prenne plus
13. Bohr a certes “gagné” le débat, ses conceptions ont prévalu sur celles d’Einstein, mais
il n’a jamais compris la profondeur des idées contenues dans l’article EPR.