Le Big Bell Test, une intrication quantique à grande échelle pour tester le réalisme local d’Einstein

En novembre 2016, plus de 100 000 personnes dans le monde, avec leurs Smartphones et d’autres appareils, ont participé à l’une des plus grandes expériences d’intrication quantique pour tester le principe de réalisme local d’Einstein. Cette expérience vient d’être publiée et elle infirme la vision d’Einstein une fois de plus sur l’intrication quantique.


En novembre 2016, plus de 100 000 personnes dans le monde, avec leurs Smartphones et d'autres appareils, ont participé à l'une des plus grandes expériences d'intrication quantique pour tester le principe de réalisme local d'Einstein. Cette expérience vient d'être publiée et elle infirme la vision d'Einstein une fois de plus sur l'intrication quantique.

Le 30 novembre 2016, plus de 100 000 personnes à travers le monde ont contribué à une série d’expériences de physique quantique inédites connues sous le nom de BIG Bell Test. À l’aide de smartphones et d’autres appareils connectés à Internet, les participants ont apporté des éléments imprévisibles qui ont déterminé la mesure des atomes, des photons et des dispositifs supraconducteurs intriqués dans 12 laboratoires du monde entier. Les scientifiques ont utilisé l’apport humain pour combler une lacune tenace dans les tests du principe du réalisme local d’Einstein. Les résultats ont maintenant été analysés et sont publiés dans Nature.

Le test de Bell pour l’intrication quantique

Dans un test de Bell (nommé pour le physicien John Stewart Bell), des paires de particules intriquées telles que des photons sont générées et envoyées à différents endroits où les propriétés des particules telles que les couleurs des photons ou l’heure d’arrivée sont mesurées. Si les résultats de mesure tendent à concorder, quelles que soient les propriétés que nous choisissons de mesurer, cela implique quelque chose de très surprenant. Soit la mesure d’une particule affecte instantanément l’autre (même si elle est éloignée), soit, c’est encore plus étrange, car cela peut suggérer que les propriétés n’ont jamais existé avant qu’elles aient été crée par la mesure.

Le jeu en ligne qui a servi au Big Bell Test

Le jeu en ligne qui a servi au Big Bell Test

Ces deux possibilités contredisent le réalisme local, la vision du monde d’Einstein d’un univers indépendant de nos observations dans lequel aucune influence ne peut voyager plus vite que la lumière.

La faille de la liberté de choix

Le BIG Bell Test a demandé à des volontaires humains, connus sous le nom de Bellsters, de choisir les mesures afin de combler ce qu’on appelle comme la faille de la liberté de choix (freedom-of-choice loophole). C’est la possibilité que les particules elles-mêmes influencent le choix de la mesure. Une telle influence, si elle existait, invaliderait le test, car cela équivaut à des étudiants d’écrire leurs propres questions d’examen. Cette faille ne peut pas être fermée avec des générateurs de dés ou de nombres aléatoires parce qu’il y a toujours la possibilité que ces systèmes physiques soient coordonnés avec les particules intriquées. Les choix humains introduisent l’élément du libre arbitre par lequel les gens peuvent choisir indépendamment de ce que les particules pourraient faire.

Des enfants qui participent au Big Bell Test sur leur smartphone

Des enfants qui participent au Big Bell Test sur leur smartphone

Dirigé par ICFO, l’Institut des Sciences photoniques, à Barcelone, le BIG Bell Test a recruté des participants dans le monde entier pour apporter des séquences imprévisibles de 0 et de 1 (bits) à travers un jeu vidéo en ligne. Les bits ont été dirigés vers des expériences de pointe à Brisbane, Shanghai, Vienne, Rome, Munich, Zurich, Nice, Barcelone, Buenos Aires, Concepción au Chili et Boulder Colorado où ils ont été utilisés pour définir les angles des polariseurs et d’autres éléments de laboratoire pour déterminer comment les particules intriquées ont été mesurées.

Les participants ont contribué avec plus de 90 millions de bits ce qui permet un test très robuste du réalisme local ainsi que d’autres expériences sur la localité en mécanique quantique. Les résultats obtenus sont fortement en désaccord avec la vision du monde d’Einstein en comblant pour la première fois la faille de la liberté de choix et démontrent plusieurs nouvelles méthodes dans l’étude de l’intrication et du réalisme local.

L’expérience ICFO Quantum Memory

Chacun des 12 laboratoires autour du monde a réalisé une expérience différente pour tester le réalisme local dans différents systèmes physiques et pour tester d’autres concepts liés au réalisme. L’ICFO a contribué avec 2 expériences. L’équipe ICFO 1, composée de Pau Farrera et Dr. Georg Heinze, dirigée par ICREA à l’ICFO Hugues de Riedmatten, a effectué un test de Bell en utilisant l’intrication entre deux objets très différents.

Le jeu en ligne utilisé pour le Big Bell Test

Le jeu en ligne utilisé pour le Big Bell Test

Un photon unique et un nuage piégé avec des millions d’atomes. Ce nuage a fonctionné comme une mémoire quantique stockant pendant un certain temps la matière dans l’état intriqué et le transférant dans un autre photon unique. L’intrication a été analysée à l’aide d’interféromètres optiques et de détecteurs à photon unique. Les paramètres de mesure de ces interféromètres ont été choisis par les nombres aléatoires fournis par les Bellsters. Spécifiquement, les nombres aléatoires décidaient des tensions qui étaient appliquées à un dispositif piézoélectrique attaché aux interféromètres. Les résultats obtenus contredisent clairement le concept de réalisme local.

L’équipe ICFO 2 a effectué un test de Bell en utilisant l’intrication entre deux photons uniques de couleur différente générés avec une source de paire de photons à l’état solide. Les chercheurs, Andreas Lenhard, Alessandro Seri, Daniel Rieländer et Margherita Mazzera, dirigés par Hugues de Riedmatten, professeur à l’ICREA, ont généré des paires de photons à bande étroite dans plusieurs modes de fréquences discrètes.

Le réalisme local ne résiste pas à l’expérience

Après séparation des photons de la paire, leur intrication a été analysée en utilisant, dans chacun des deux bras, un modulateur électro-optique pour chevaucher les différents modes de fréquence et une cavité optique comme un filtre spectral. Les nombres aléatoires fournis par les Bellsters ont été exploités pour choisir les tensions qui pilotent à la fois l’amplitude de modulation et la phase des modulateurs électro-optiques. L’expérience a été réalisée en collaboration avec les chercheurs de l’ICFO, le Dr Osvaldo Jimenez, le Dr Alejandro Mattár et le Dr Daniel Cavalcanti, dirigés par ICREA Prof. à l’ICFO Antonio Acín.

Les pays où des personnes ont participé au Big Bell Test

Les pays où des personnes ont participé au Big Bell Test

Ils ont développé un modèle pour décrire l’état intriqué généré et trouver les mesures optimales pour contredire le réalisme local. Dans l’expérience réalisée le 30 novembre 2016, les hypothèses du réalisme local peuvent être exclues avec un niveau de signification de 3 écarts-types tandis qu’une violation plus forte, de plus de 8 écarts-types, a été obtenue dans les semaines suivant le Big Bell Test en effectuant des mesures plus longues avec des nombres aléatoires par des humains.

Le test de Bell reste encore un élément humain et philosophique

Hugues de Riedmatten, ICREA Professeur à l’ICFO : Le BBT a été une formidable expérience. C’était incroyable de voir des nombres aléatoires créés par des Bellsters dans le monde entier afin de prendre le contrôle de nos expériences en temps réel et de voir autant de personnes participer à une expérience de physique. Carlos Abellan, chercheur à l’ICFO et instigateur du projet : Le BIG Bell Test était un projet incroyablement ambitieux qui semblait quasi impossible, mais qui est devenu une réalité grâce aux efforts de dizaines de scientifiques passionnés, de communicateurs scientifiques et de journalistes, notamment les dizaines de milliers de personnes qui ont contribué à l’expérience au cours du 30 novembre 2016.

Morgan Mitchell, chef du projet BBT et professeur ICREA à l’ICFO : Ce qui m’étonne le plus, c’est que l’argument entre Einstein et Niels Bohr, après plus de 90 ans d’efforts pour le rendre rigoureux et expérimentalement testable, reste toujours un élément humain et philosophique. Nous savons que le boson de Higgs et les ondes gravitationnelles existent grâce à des machines étonnantes et des systèmes physiques construits pour tester les lois de la physique, mais le réalisme local est une question à laquelle nous ne pouvons pas répondre complètement avec une machine. Nous devons faire partie de l’expérience pour tenter de comprendre l’Univers dans son aspect le plus fondamental.

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Jacqueline Charpentier

Ayant fait une formation en chimie, il est normal que je me sois retrouvée dans une entreprise d'emballage. Désormais, je publie sur des médias, des blogs et des magazines pour vulgariser l'actualité scientifique et celle de la santé.

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