Superposition et intrication

La mécanique quantique décrit avec une précision remarquable le comportement des systèmes physiques à l'échelle des atomes, des photons, des électrons et d'autres objets quantiques. Deux notions sont particulièrement importantes — et souvent mal interprétées : la superposition et l'intrication. ## La superposition En mécanique quantique, un système peut être décrit par une superposition de plusieurs états possibles. Par exemple, avant une mesure de spin selon un axe donné, l'état d'une particule peut être représenté comme une combinaison de plusieurs résultats possibles. La fonction d'onde permet de calculer les probabilités des différents résultats lorsqu'une mesure est réalisée. Il faut cependant être prudent avec une formulation comme : « La particule n'a réellement aucune propriété avant qu'on la regarde. » Cette affirmation dépend en partie de l'interprétation donnée à la mécanique quantique. Ce que les expériences établissent de manière beaucoup plus solide, c'est que les prédictions quantiques ne peuvent pas être reproduites par une large classe de modèles reposant sur des variables cachées locales. C'est précisément ce qu'ont permis de tester les expériences inspirées du théorème de Bell. ## Les inégalités de Bell John Bell montre en 1964 que certaines théories dans lesquelles les résultats seraient déterminés à l'avance par des variables locales doivent respecter certaines limites statistiques. La mécanique quantique prédit que ces limites peuvent être dépassées. Les expériences réalisées depuis plusieurs décennies ont effectivement observé des violations des inégalités de Bell, conformément aux prédictions quantiques. Les travaux de John Clauser, Alain Aspect et Anton Zeilinger, récompensés par le prix Nobel de physique 2022, ont joué un rôle majeur dans cette histoire expérimentale. Cela exclut les explications reposant sur certaines formes de réalisme local. Cela ne signifie cependant pas que toutes les questions philosophiques concernant la réalité quantique sont définitivement résolues. ## L'intrication Deux systèmes quantiques peuvent être préparés dans un état commun tel que certaines de leurs propriétés ne puissent plus être décrites indépendamment. On parle alors d'intrication quantique. Lorsque les deux systèmes sont mesurés, leurs résultats peuvent présenter des corrélations impossibles à reproduire par certaines théories classiques locales. Et ces corrélations peuvent persister même lorsque les systèmes sont très éloignés l'un de l'autre. C'est l'un des phénomènes les plus remarquables de la physique moderne. Mais une précision est essentielle. L'intrication ne permet pas d'envoyer un message instantanément. Le résultat obtenu localement lors d'une mesure est intrinsèquement imprévisible selon la mécanique quantique. L'expérimentateur situé auprès de la particule A ne peut donc pas choisir son résultat afin d'envoyer « 0 » ou « 1 » à l'expérimentateur situé auprès de B. Pour mettre en évidence les corrélations entre leurs mesures, les deux observateurs doivent ensuite comparer leurs résultats à l'aide d'un canal classique, soumis à la limite de la vitesse de la lumière. L'intrication produit donc des corrélations non classiques extraordinaires, mais elle ne fournit pas un moyen connu de communication supraluminique. ## Et la mesure ? Une autre question apparaît alors. Lors d'une mesure, nous observons finalement un résultat déterminé. Comment passe-t-on d'une description quantique comportant plusieurs possibilités à l'expérience d'un résultat particulier ? Dans certaines présentations de la mécanique quantique, on parle d'effondrement de la fonction d'onde. Mais cette formulation n'est pas la seule interprétation possible. Différentes interprétations de la mécanique quantique proposent différentes manières de comprendre ce passage. C'est ce qu'on appelle généralement le problème de la mesure. Et il reste au cœur des discussions sur les fondements de la mécanique quantique. ## Ce que cela ne démontre pas La superposition et l'intrication sont des phénomènes physiques remarquablement bien documentés. Mais elles ne démontrent pas, à elles seules : que la conscience crée la réalité ; que deux personnes peuvent communiquer télépathiquement ; que toutes choses sont « quantiquement connectées » au sens psychologique ou spirituel ; que l'intention humaine peut modifier à distance un système macroscopique ; que l'intrication explique la synchronicité. Ces propositions nécessiteraient leurs propres preuves expérimentales. La mécanique quantique peut nourrir notre réflexion sur la nature du réel. Elle ne doit cependant pas être utilisée comme preuve scientifique de phénomènes qu'elle n'a pas démontrés.