Dans les expériences de physique, l’un des signes révélateurs d’un véritable comportement quantique est la présence de certains nombres – appelés limites quantiques – dans les calculs.
Tout comme Pi est susceptible d’apparaître dans vos équations lorsqu’un cercle est impliqué, les limites quantiques telles que 4, 6 et 2√2 sont utilisées par les physiciens pour indiquer quand ils ont quitté le domaine de la physique classique pour entrer dans le monde quantique. Mais une nouvelle étude suggère qu’ils n’ont rien d’exclusivement “quantique”.
Revenons un peu en arrière, car cette question est assez délicate si vous n’êtes pas familier avec ce qui se passe réellement. Tout d’abord, nous avons la physique classique contre la mécanique quantique.
La physique classique englobe tous les travaux effectués dans les domaines de la chimie et de la physique avant le XXe siècle, notamment la classification du tableau périodique, la thermodynamique, la théorie ondulatoire de la lumière et la mécanique newtonienne. En gros, si vous pouvez facilement observer quelque chose, vous pouvez probablement utiliser les lois de la physique classique pour l’expliquer.
La mécanique quantique, en revanche, est relativement récente et cherche à expliquer le comportement étrange et apparemment aléatoire des photons, des électrons et des autres particules minuscules qui composent l’Univers.
En physique, plus on se réduit, plus les choses deviennent bizarres, et la mécanique quantique est là pour vous aider à donner un sens à tout cela.
Comme l’explique le site web de l’université de Californie à Davis, “les objets de taille “normale” (plus grands qu’une molécule et plus petits qu’une planète), à une température “normale” (proche de la température ambiante), se déplaçant à une vitesse “normale” (0 m/s – tout ce qui est nettement inférieur à la vitesse de la lumière) correspondent aux modèles établis par la mécanique classique”
Mais dès que le système que vous essayez d’observer commence à dépasser ces paramètres, vous risquez de devoir recourir à la mécanique quantique, qui est “née de l’incapacité de la mécanique classique à concilier théorie et expérience”, explique UC Davies.
L’une des différences les plus fondamentales entre les deux est que la mécanique quantique permet des corrélations et des interactions entre certaines particules qui ne sont pas proches les unes des autres, ce que la physique classique ne permet absolument pas.
L’intrication quantique en est un exemple : il s’agit d’un phénomène étrange dans lequel deux particules quantiques interagissent de telle manière qu’elles deviennent profondément liées et “partagent” essentiellement une existence. Cela signifie que ce qui arrive à une particule affecte directement et instantanément ce qui arrive à l’autre – même si cette autre particule se trouve à plusieurs années-lumière.
Einstein lui-même s’est débattu avec cette idée, la tournant en dérision comme la prochaine génération d’ordinateurs. les limites quantiques sont censées agir comme une sorte d’“action étrange à distance”
Les limites quantiques sont censées signaler aux physiciens que ce qui se passe dans leur expérience ne peut être expliqué que par les lois de la mécanique quantique, mais une nouvelle étude menée par des physiciens espagnols a montré qu’elles ne sont peut-être pas aussi exclusivement “quantiques” que nous le pensions.
Pour le démontrer, l’équipe de l’université de Séville a réalisé trois expériences différentes qui utilisent les limites quantiques pour distinguer les phénomènes quantiques des phénomènes classiques.
Comme le rapporte Lisa Zyga pour Phys.org, ces expériences sont conçues pour montrer si un système peut ou non violer ce que l’on appelle une inégalité quantique. Plus la violation est importante, plus le système est quantique, et la violation maximale est définie comme la limite quantique.
“Les limites quantiques découlent des distributions de probabilité dans les expériences et sont des nombres spécifiques – par exemple, l’inégalité de Bell a une limite quantique de 2√2 (environ 2,82), connue sous le nom de limite de Tsirelson”, explique M. Zyga. “Les deux autres inégalités traitées ici ont des limites quantiques de 4 et 6. Tant sur le plan théorique qu’expérimental, aucune violation d’une inégalité quantique n’a jamais dépassé ces limites.”
Les trois expériences de l’équipe de Séville consistaient à envoyer des micro-ondes le long d’une ligne de transmission d’un mètre de long et à calculer les probabilités de leur comportement à la fin de la ligne sur la base d’hypothèses classiques et de violations des inégalités quantiques.
Les expériences classiques ont abouti à des limites de 2,78, 3,93 et 5,93, qui ont toutes “battu” les résultats des expériences quantiques en termes de proximité des limites quantiques de 4, 6 et 2√2 (2,82), “ce qui prouve clairement que les expériences quantiques et classiques produisent les mêmes limites”, déclare Zyga.
Alors… et maintenant ? Les résultats devront être reproduits dans de nombreuses autres expériences avant que nous puissions être sûrs que les limites quantiques sont en fait des signaux assez inefficaces du comportement quantique, mais si c’est le cas, cela pourrait aider les scientifiques dans leur quête pour construire le premier véritable ordinateur quantique au monde .
L’une des différences entre les deux expériences est que les expériences classiques ont nécessité plus d’énergie pour atteindre ces limites que les expériences quantiques, ce qui est une déception pour l’efficacité, mais nous en savons beaucoup plus sur la construction d’ordinateurs basés sur la physique classique que sur la physique quantique, alors peut-être y a-t-il moyen de combiner les deux.
“Contrairement aux systèmes quantiques, qui sont très sensibles à l’environnement, les fils de notre expérience peuvent être pliés, déplacés, chauffés, etc. et les résultats sont les mêmes”, a déclaré Diego Frustaglia, membre de l’équipe, à Phys.org. “Cela suggère un avenir dans lequel les technologies quantiques sont réellement construites en utilisant des systèmes quantiques plus des systèmes classiques imitant des systèmes quantiques.”
Nous l’avons dit une fois, et nous le dirons encore, mais il n’y a jamais eu de meilleur moment pour être physicien.
L’étude a été publiée dans Physical Review Letters et peut être consultée gratuitement sur arXiv.org.