Pourquoi la mécanique quantique fonctionne-t-elle si bien pour les objets microscopiques, pourtant les objets macroscopiques sont décrits par la physique classique ? Cette question préoccupe les physiciens depuis le développement de la théorie quantique il y a plus de 100 ans. Des chercheurs de l'Université de technologie de Delft et de l'Université de Vienne ont maintenant mis au point un système macroscopique qui montre l'intrication entre les phonons mécaniques et les photons optiques. Ils ont testé l'enchevêtrement à l'aide d'un test de Bell, l'un des tests les plus convaincants et les plus importants pour montrer qu'un système se comporte de manière non classique.

Depuis sa création il y a plus de 100 ans, les physiciens ont réalisé que la théorie quantique pourrait être en conflit avec certains des axiomes de base de la physique classique. En particulier, les principes en question sont si l'information peut être échangée plus rapidement que la vitesse de la lumière (appelée 'localité'), et si des quantités physiques existent indépendamment du fait qu'elles soient observées ou non (appelé «réalisme»). Albert Einstein a demandé une fois à Abraham Pais, son biographe, s'il pensait vraiment que la lune n'existait que lorsqu'il la regardait.

Un débat houleux entre Einstein et Niels Bohr sur ce conflit d'axiomes dans les années 1930 a déclenché des décennies de recherche sur les corrélations entre les systèmes quantiques. Ce phénomène, appelé intrication quantique, s'est rapidement cristallisé comme l'une des prédictions clés de la mécanique quantique. Les travaux de John Bell dans les années 1960 ont ouvert une voie pour tester expérimentalement ces principes, ce qui a ajouté des résultats nouveaux et passionnants au débat. La plupart des expériences quantiques réalisées à ce jour, cependant, traiter soit une, soit un nombre relativement faible de particules.

Corrélations quantiques

Une équipe de scientifiques dirigée par le professeur Simon Gröblacher de l'Université de technologie de Delft est maintenant entrée dans une toute nouvelle échelle de mesures quantiques. Ils ont créé un dispositif qui a produit des corrélations entre le mouvement vibratoire des oscillateurs optomécaniques au silicium, comprenant environ 10 milliards d'atomes, et modes optiques. Les appareils ont été refroidis jusqu'à leurs états fondamentaux de mouvement à l'intérieur d'un réfrigérateur à dilution et ont ensuite été sondés avec des impulsions laser. Des fréquences laser spécifiques sont capables d'interagir avec les appareils, soit exciter le mouvement de manière contrôlée, soit lire son état. Chaque fois que cela se produit, des corrélations apparaissent entre la lumière diffusée et les dispositifs qui permettent de prédire parfaitement le comportement de l'un par l'autre.

Afin de tester si les corrélations dans leur système étaient, En réalité, la mécanique quantique au travail, et non de la physique classique, ils ont effectué un test de Bell. Les deux particules ont essentiellement eu un choix :l'expérience a été conçue de telle manière qu'elles puissent chacune être enregistrées dans l'un des deux détecteurs. Les deux résultats étaient également probables par conception, ce qui rendait impossible la prédiction du résultat pour les photons ou les phonons individuellement. Cependant, en raison des corrélations entre les deux, les phonons pourraient être faits de telle sorte qu'ils donnent toujours un résultat de mesure correspondant aux photons. Dans environ 80 pour cent des cas, on a constaté qu'ils se comportaient de cette façon, ce qui est bien au-dessus du seuil classique de Bell d'environ 70 pour cent.

Test approfondi

Le vrai test de Bell consistait à ajuster certains paramètres expérimentaux qui affectent les deux particules de différentes manières et à voir quand cette dépendance s'effondre. Quantique-mécanique, les deux peuvent maintenir des résultats de mesure corrélés beaucoup plus longtemps que ce qui est classiquement autorisé. "Il s'agit du test le plus approfondi d'un appareil massif se comportant de manière quantique à ce jour, " a déclaré le professeur Gröblacher.

Ces résultats impliquent que la mécanique quantique s'étend jusqu'au domaine macroscopique. De plus, l'appareil fabriqué par les chercheurs peut être agrandi et amélioré. Gröblacher :"Comme notre protocole expérimental est indépendant de la taille de l'oscillateur, ces résultats jettent les bases de la possibilité de sonder la frontière entre la physique classique et quantique avec des objets arbitrairement grands, même ceux visibles à l'œil nu."