10 ans après, le Chat de Cheshire quantique livre enfin ses secrets

En mécanique quantique, l’effet du Chat de Cheshire quantique a longtemps intrigué les chercheurs. Aussi, une nouvelle étude apporte un éclairage différent sur ce phénomène, remettant en question les interprétations précédentes et ouvrant la voie à une meilleure compréhension de la nature contre-intuitive de la mécanique quantique.

Le nom de l’effet du Chat de Cheshire quantique est inspiré du Chat de Cheshire, un personnage fictif du livre « Alice au pays des merveilles ».

Tout comme le chat de l’histoire qui peut disparaître en ne laissant que son sourire, les chercheurs ont affirmé en 2013 que les particules quantiques sont en mesure de se séparer de leurs propriétés, ces dernières empruntant des chemins que la particule ne peut pas suivre.

Depuis, d’autres chercheurs ont prétendu avoir poussé ce concept plus loin, échangeant des propriétés sans corps entre particules, dissociant plusieurs propriétés simultanément, et même « séparant la dualité onde-particule » d’une particule.

L’interféromètre simple utilisé dans le scénario du chat du Cheshire quantique, où un photon est préparé dans l’état intriqué chemin-polarisation ECC, mais n’est pris en compte que s’il arrive sur le chemin de sortie + avec la polarisation D. Le paradoxe apparaît lorsque nous considérons le chemin, la polarisation et la corrélation chemin-polarisation du photon, alors qu’il se trouve à l’intérieur de l’interféromètre. Jonte R Hance et al 2023 New J. Phys. 25 113028

Une nouvelle interprétation

Une recherche récente suggère que ces expériences ne montrent pas réellement des particules se séparant de leurs propriétés. Au lieu de cela, elles mettent en évidence une autre caractéristique contre-intuitive de la mécanique quantique : la contextualité.

La mécanique quantique est l’étude du comportement de la lumière et de la matière à l’échelle atomique et subatomique. Par nature, la mécanique quantique est contre-intuitive. L’équipe de recherche a cherché à comprendre fondamentalement cette nature contre-intuitive, tout en explorant ses avantages pratiques.

La contextualité en question

« La plupart des gens savent que la mécanique quantique est étrange, mais identifier ce qui cause cette étrangeté est toujours un domaine de recherche actif. Elle a été lentement formalisée en une notion appelée contextualité – que les systèmes quantiques changent en fonction des mesures que vous effectuez sur eux », a ajouté Jonte Hance, chercheur à l’Université de Hiroshima et à l’Université de Bristol.

Une séquence de mesures sur un système quantique produira des résultats différents en fonction de l’ordre dans lequel les mesures sont effectuées. Par exemple, si nous mesurons d’abord où se trouve une particule, puis sa vitesse, cela donnera des résultats différents de ceux obtenus en mesurant d’abord sa vitesse, puis sa position.

En raison de cette contextualité, les systèmes quantiques peuvent être mesurés comme ayant des propriétés que nous attendrions normalement comme étant mutuellement incompatibles.

En synthèse

Cette nouvelle recherche remet en question l’interprétation originale de l’effet du Chat de Cheshire quantique. Elle suggère que l’idée que la particule et sa propriété, telle que le spin ou la polarisation, se séparent et empruntent des chemins différents, pourrait être une représentation trompeuse de la physique réelle de la situation. Au lieu de cela, l’effet du Chat de Cheshire quantique démontre les effets de ces cohérences, généralement trouvées dans les systèmes pré- et post-sélectionnés.

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que l’effet du Chat de Cheshire quantique ?

C’est un phénomène proposé en 2013 où les particules quantiques peuvent se séparer de leurs propriétés, ces dernières empruntant des chemins que la particule ne peut pas suivre.

Qu’est-ce que la contextualité en mécanique quantique ?

La contextualité est la notion selon laquelle les systèmes quantiques changent en fonction des mesures que vous effectuez sur eux.

Quelle est la nouvelle interprétation de l’effet du Chat de Cheshire quantique ?

La nouvelle recherche suggère que l’effet du Chat de Cheshire quantique démontre les effets de ces cohérences, généralement trouvées dans les systèmes pré- et post-sélectionnés, plutôt que la séparation de la particule et de ses propriétés.

Quelle est l’importance de cette nouvelle interprétation ?

Elle pourrait aider à une meilleure compréhension de la nature contre-intuitive de la mécanique quantique et à l’exploration de ses avantages pratiques.

Quelles sont les prochaines étapes de la recherche ?

L’équipe de recherche souhaite étendre cette recherche pour trouver un moyen d’unifier les effets quantiques paradoxaux en tant que manifestations de la contextualité.