Des chercheurs de l'Université de Cambridge se sont penchés sur le domaine secret de la mécanique quantique. Dans un article théorique publié dans la revue Examen physique A , ils ont montré que la façon dont les particules interagissent avec leur environnement peut être utilisée pour suivre les particules quantiques lorsqu'elles ne sont pas observées, que l'on croyait impossible.

L'une des idées fondamentales de la théorie quantique est que les objets quantiques peuvent exister à la fois sous forme d'onde et de particule, et qu'ils n'existent pas comme l'un ou l'autre jusqu'à ce qu'ils soient mesurés. C'est la prémisse qu'illustrait Erwin Schrödinger avec sa célèbre expérience de pensée impliquant un chat mort ou peut-être pas mort dans une boîte.

« Cette prémisse, communément appelée fonction d'onde, a été utilisé plus comme un outil mathématique que comme une représentation de particules quantiques réelles, " a déclaré David Arvidsson-Shukur, un doctorat étudiant au laboratoire Cavendish de Cambridge, et le premier auteur de l'article. "C'est pourquoi nous avons relevé le défi de créer un moyen de suivre les mouvements secrets des particules quantiques."

Toute particule interagira toujours avec son environnement, le « marquant » en cours de route. Arvidsson-Shukur, en collaboration avec ses co-auteurs le professeur Crispin Barnes du Laboratoire Cavendish et Axel Gottfries, un doctorat étudiant de la faculté des sciences économiques, a décrit un moyen pour les scientifiques de cartographier ces interactions de « marquage » sans les regarder. La technique serait utile aux scientifiques qui font des mesures à la fin d'une expérience mais qui souhaitent suivre les mouvements des particules pendant toute l'expérience.

Certains scientifiques quantiques ont suggéré que l'information peut être transmise entre deux personnes – généralement appelées Alice et Bob – sans qu'aucune particule ne voyage entre elles. Dans un sens, Alice reçoit le message par télépathie. C'est ce qu'on appelle la communication contrefactuelle car elle va à l'encontre du « fait » accepté que pour que l'information soit transmise entre les sources, les particules doivent se déplacer entre elles.

« Pour mesurer ce phénomène de communication contrefactuelle, nous avons besoin d'un moyen de déterminer où se trouvent les particules entre Alice et Bob lorsque nous ne regardons pas, " a déclaré Arvidsson-Shukur. "Notre méthode de "marquage" peut faire exactement cela. En outre, nous pouvons vérifier les anciennes prédictions de la mécanique quantique, par exemple que des particules peuvent exister à différents endroits en même temps."

Les fondateurs de la physique moderne ont conçu des formules pour calculer les probabilités de différents résultats d'expériences quantiques. Cependant, ils n'ont fourni aucune explication sur ce que fait une particule quantique lorsqu'elle n'est pas observée. Des expériences antérieures ont suggéré que les particules pourraient faire des choses non classiques lorsqu'elles ne sont pas observées, comme exister à deux endroits à la fois. Dans leur papier, les chercheurs de Cambridge ont pris en compte le fait que toute particule voyageant dans l'espace interagira avec son environnement. Ces interactions sont ce qu'ils appellent le « marquage » de la particule. Les interactions codent des informations dans les particules qui peuvent ensuite être décodées à la fin d'une expérience, lorsque les particules sont mesurées.

Les chercheurs ont découvert que cette information codée dans les particules est directement liée à la fonction d'onde que Schrödinger a postulé il y a un siècle. Auparavant, la fonction d'onde était considérée comme un outil de calcul abstrait pour prédire les résultats des expériences quantiques. "Notre résultat suggère que la fonction d'onde est étroitement liée à l'état réel des particules, " dit Arvidsson-Shukur. " Alors, nous avons pu explorer le "domaine interdit" de la mécanique quantique :localiser le chemin des particules quantiques lorsque personne ne les observe."