En plus des fortes démonstrations récentes que les particules de lumière effectuent ce qu'Einstein a appelé "une action effrayante à distance, " dans lequel deux objets séparés peuvent avoir une connexion qui dépasse l'expérience quotidienne, Les physiciens du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont confirmé que les particules de matière peuvent également être vraiment effrayantes.

L'équipe du NIST a enchevêtré une paire d'ions de béryllium (atomes chargés) dans un piège, reliant ainsi leurs propriétés, puis séparé la paire et effectué une parmi un ensemble de manipulations possibles sur les propriétés de chaque ion avant de les mesurer. Sur des milliers de courses, les résultats de mesure de la paire correspondent dans certains cas, ou dans d'autres cas différaient, plus souvent que l'expérience de tous les jours ne le laisse présager. Ces fortes corrélations sont caractéristiques de l'intrication quantique.

Quoi de plus, des calculs statistiques ont révélé que les paires d'ions affichaient un niveau rare et élevé d'effroi.

« Nous sommes convaincus que les ions sont à 67 % effrayants, " dit Ting Rei Tan, auteur principal d'un nouveau Lettres d'examen physique papier sur les expériences.

Les expériences étaient des tests de Bell "enchaînés", c'est-à-dire qu'ils ont été construits à partir d'une série d'ensembles possibles de manipulations sur deux ions. Contrairement aux expériences précédentes, il s'agissait de tests de Bell améliorés dans lesquels le nombre de manipulations possibles pour chaque ion était choisi au hasard parmi des ensembles d'au moins deux et jusqu'à 15 choix.

Cette méthode produit des résultats statistiques plus solides que les tests de Bell conventionnels. En effet, à mesure que le nombre d'options pour manipuler chaque ion augmente, la chance diminue automatiquement que les ions se comportent par classique, ou non quantique, règles. Selon les règles classiques, tous les objets doivent avoir des propriétés "locales" définies et ne peuvent s'influencer qu'à la vitesse de la lumière ou plus lentement. Les tests de Bell ont longtemps été utilisés pour montrer qu'à travers la physique quantique, les objets peuvent enfreindre l'une de ces règles ou les deux, démontrant une action effrayante.

Les tests de Bell conventionnels produisent des données qui sont un mélange d'action locale et effrayante. Les tests Bell enchaînés parfaits peuvent, en théorie, prouver qu'il n'y a aucune chance d'influence locale. Les résultats du NIST sont tombés à 33 % de chances d'influence locale, ce qui est inférieur à ce que les tests Bell conventionnels peuvent atteindre, bien qu'il ne soit pas le plus bas jamais signalé pour un test en chaîne, dit Tan.

Cependant, l'expérience du NIST a innové en comblant deux des trois « échappatoires » qui pourraient miner les résultats, le seul test de Bell enchaîné à faire cela en utilisant trois options ou plus pour manipuler les particules matérielles. Les résultats sont suffisamment bons pour déduire la haute qualité des états intriqués en utilisant des hypothèses minimales sur l'expérience - une réalisation rare, dit Tan.

L'année dernière, un groupe différent de chercheurs et de collaborateurs du NIST a comblé les trois lacunes des tests de Bell conventionnels avec des particules de lumière. Les nouvelles expériences sur les ions confirment à nouveau que l'action effrayante est réelle.

"Réellement, Je croyais à la mécanique quantique avant cette expérience, " a déclaré Tan avec un petit rire. " Notre motivation était que nous essayions d'utiliser cette expérience pour montrer à quel point notre technologie informatique quantique à ions piégés est bonne, et ce que nous pouvons en faire."

Les chercheurs ont utilisé la même configuration de piège à ions que dans les précédentes expériences d'informatique quantique. Avec cet appareil, les chercheurs utilisent des électrodes et des lasers pour effectuer toutes les étapes de base nécessaires à l'informatique quantique, y compris la préparation et la mesure des états quantiques des ions ; le transport d'ions entre de multiples zones de pièges ; et créer des bits quantiques stables (qubits), rotations de qubits, et des opérations logiques fiables à deux qubits. Toutes ces caractéristiques étaient nécessaires pour effectuer les tests de Bell en chaîne. Les ordinateurs quantiques devraient un jour résoudre des problèmes actuellement insolubles, tels que la simulation de la supraconductivité (le flux d'électricité sans résistance) et la rupture des codes de cryptage de données les plus populaires d'aujourd'hui.

Dans les tests Bell enchaînés du NIST, le nombre de réglages (options pour différentes manipulations avant la mesure) variait de deux à 15. Les manipulations agissaient sur les états énergétiques internes des ions appelés « spin up » ou « spin down ». Les chercheurs ont utilisé des lasers pour faire pivoter les spins des ions selon des angles spécifiques avant les mesures finales.

Les chercheurs ont effectué plusieurs milliers d'exécutions pour chaque paramètre et collecté deux ensembles de données à 6 mois d'intervalle. Les mesures ont déterminé les états de spin des ions. Il y avait quatre résultats finaux possibles :(1) les deux ions tournent, (2) le premier spin ionique et le deuxième spin ionique vers le bas, (3) la rotation du premier ion vers le bas et la rotation du deuxième ion vers le haut, ou (4) les deux ions tournent vers le bas. Les chercheurs ont mesuré les états en fonction de la quantité de lumière fluorescente ou diffusée par les ions - la lumière vive était augmentée et l'obscurité était réduite.

L'expérience du NIST a comblé les failles de détection et de mémoire, ce qui pourrait autrement permettre aux systèmes classiques ordinaires d'apparaître fantasmagoriques.

La faille de détection est ouverte si les détecteurs sont inefficaces et qu'un sous-ensemble des données est utilisé pour représenter l'ensemble des données. Les tests du NIST ont comblé cette échappatoire car la détection de fluorescence était proche de 100 pour cent efficace, et les résultats de mesure de chaque essai dans chaque expérience ont été enregistrés et utilisés pour calculer les résultats.

La faille mémoire est ouverte si l'on suppose que les résultats des essais sont distribués de manière identique ou qu'il n'y a pas de dérives expérimentales. Les précédents tests de Bell en chaîne se sont appuyés sur cette hypothèse, mais le test NIST a pu le laisser tomber. L'équipe du NIST a comblé la faille de la mémoire en effectuant des milliers d'essais supplémentaires sur plusieurs heures avec l'ensemble des six réglages possibles, en utilisant un cadre choisi au hasard pour chaque essai et en développant une technique d'analyse statistique plus robuste.

Les expériences du NIST n'ont pas comblé la faille de la localité, qui est ouvert s'il est possible que le choix des réglages soit communiqué entre les ions. Pour combler cette lacune, il faudrait séparer les ions d'une distance si grande que la communication entre eux serait impossible, même à la vitesse de la lumière. Dans l'expérience du NIST, les ions devaient être placés à proximité les uns des autres (au plus, distants de 340 micromètres) à enchevêtrer puis à mesurer, Tan a expliqué.