TELEPORTATION QUANTIQUE

____________________________________________________________________________________



Pour comprendre le phénomène de Téléportation Quantique, il est commode d'utiliser l'expérience des franges d'Young. Et d'en faire l'interprétation ondulatoire et l'interprétation quantique:

Interprétation ondulatoire
Dans cette expérience, une source de lumière monochromatique (c-à-d d'une seule couleur) envoie des rayons lumineux sur deux fentes qui vont à leur tour diffracter des rayons dans toutes les directions. Ces rayons diffractés, dans leur région commune, vont donner des franges d'interférences, alternativement brillantes et obscures que l'on peut observer sur un écran.
En lumière blanche, on observe la superposition de toutes les couleurs.
On peut facilement observer ce phénomène chez soi en perçant deux trous rapprochés sur une carte de visite avec une épingle (1mm de distance) et en observant à travers les deux trous le filament rectiligne d'une lampe ancienne de couleur jaune, perpendiculairement aux deux trous.
En utilisant comme source un laser, on observerait des franges parfaitement nettes et sinusoïdales.
Ce phénomène d'interférences peut s'expliquer en considèrant la superposition d'ondes sinusoïdales représentant la lumière monochromatique.
Comme l'a dit le physicien Arago: << De la lumière, ajoutée à de la lumière, donne de l'obscurité  ! >>

Mais, à tout corpuscule est associé une onde qui le pilote. C'est l'idée fondamentale de la Mécanique Quantique. Quantitativement, entre la quantité de mouvement du corpuscule et le vecteur d'onde de l'onde associée, on a la relation: p = h barre k, avec  p quantité de mouvement relativiste p = gamma mv,  h barre = h/2 pi constante de Planck réduite, k le vecteur d'onde c-à-d le nombre de longueurs d'onde contenu dans une longueur de 2 pi.

Interprétation quantique
 Comment devons-nous interpréter cette expérience, en utilisant le corpuscule lumineux c'est-à-dire le photon ? Les photons émis par la source vont traverser les deux fentes et ensuite donner des franges sur l'écran. Mais supposons que la source émette des photons un à un. Il est remarquable qu'on ait pu réaliser des sources de très faible intensité capable de le faire 9: les LED, qu'on puisse compter ces photons, remplacer l'écran par un compteur en coïncidence, élargir la distance entre les fentes et l'écran avec des tunnels, remplacer les fentes par des miroirs, voire même changer le dispositif interférentiel et prendre le biprisme de Fresnel ou l'interféromètre de Mac-Zehnder !
On compte les coïncidences sur l'écran devenu fluorescent et on obtient encore de magnifiques sinusoïdes.

On est obligé de le constater: le photon qui traverse la première fente sait que l'autre va traverser la deuxième, même s'il s'écoule un intervalle de temps entre les deux ! C'est la Téléportation Quantique ! La fonction d'onde du premier contient un terme qui dépend de la fonction d'onde du second ! 1 Tout se passe comme si chaque photon parcourait les deux chemins à la fois !!! 7

On a pu réaliser des expériences d'interférences avec d'autres corpuscules plus volumineux que les photons: atomes, ions, molécules de fullérene (structure d'atomes de carbone en forme de ballon de football). Sur le plan philosophique, ce phénomène de Téléportation Quantique remet en cause le principe de Causalité 2: << Les conséquences viennent après les causes  >> .  Il y a << influence non locale >>. Deux systèmes, ayant une origine commune comme dans l'expérience d'Young ou ayant interagi 3, ne peuvent pas être considérés comme indépendants. On dit qu'il y a intrication.

---> Pour approfondir : cryptographie quantique 4, ordinateur quantique, Chat de Schrödinger 5 et 6

Il est important de remarquer en Mécanique Quantique que, chaque fois que l'on fait une mesure, on perturbe l'objet étudié.

________________________________________________________________________________

NOTES

  1. On voit donc qu'il faut se méfier de cette image : il n'y a pas transport instantané d'information comme dans Star Trek ! C'est une conséquence directe de la Mécanique Quantique dont on ne peut donner une image, même avec la notion de variable cachée locale. Et qui respecte les inégalités dites de Bell.
  2. Il est associé au principe du déterminisme: << Les mêmes causes, dans les mêmes conditions, produisent les mêmes effets >>. Autre énoncé du principe de causalité: << On ne peut pas modifier le passé ! >>.
  3. Sans contradiction avec les idées d'Einstein: << Rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière >> !
  4. Losque deux interlocuteurs distants s'envoient deux messages A et B cryptés quantiques, au moyen d'une clé à photon unique, il est impossible à un espion C de connaître A et B.
  5. Chat de Schrödinger: Le système (chat + marteau + poison + uranium radioactif) est dans un bocal ! A = chat vivant B = chat mort . On déclenche l'expérience. Avant observation: A et B chat vivant et chat mort ! Après observation: A ou B chat vivant ou chat mort . On dit qu'il y a décohérence produite par l'observation. Avant observation: c'est conforme à la Mécanique Quantique, mais cette situation choquante n'existe qu'en pensée puisque après observation, c'est ou chat vivant ou chat mort et pas les deux, point de vue conforme avec notre raison. Curiosity killed the cat : la curiosité tua le chat !! comme les anglo-saxons l'ont dit avec humour !!! Attention de ne pas chercher à voir le chat à travers un hublot !! il y aura décohérence !!
  6. Chat de Schrödinger moléculaire: Si on cherhe à extraire un électron d'une molécule, par exemple d'une molécule de disulfure de carbone CS2, et que la molécule s'est fragmentée en trois ions, il est impossible de dire d'où vient l'électron (chat vivant ou chat mort) !!  Par contre, si la fragmentation se fait en deux étapes (bocal ouvert du chat), la décohérence se produit, et on peut savoir de quel atome de soufre provient l'électron (ou chat vivant ou chat mort).


        7.  A partir de la figure d'interférence sur l'écran, il est impossible de connaître la trajectoire du photon. On ne peut raisonner sur les trajectoires comme en Mécanique Classique. La trajectoire d'une particule est soumise aux relations d'incertitudes d'Heisenberg. Ne cherchez pas ! Vous ne saurez pas par quelle fente est passé le photon !
        8 .  En Mécanique Quantique, le Principe de Superposition est fondamental. Toute mesure porte sur un système non séparable.
        9. Mais attention !! si on recommence l'expérience des fentes d'Young avec un photon, dans les mêmes conditions expérimentales, on n'obtiendra pas le même résultat. Une expérience quantique n'est pas reproductible. C'est la variabilité quantique. Une variable quantique n'est pas une variable classique.
---> Pour approfondir : espace de Hilbert, algèbre non-commutative

________________________________________________________________________________

Accueil / Science