Qu'est-ce que l'interaction, et quand se produit-il ? L'intuition suggère que la condition nécessaire à l'interaction de particules créées indépendamment est leur contact direct ou contact par l'intermédiaire de porteurs de force physique. En mécanique quantique, le résultat de l'interaction est l'intrication, c'est-à-dire l'apparition de corrélations non classiques dans le système. Il semble que la théorie quantique permette l'intrication de particules indépendantes sans aucun contact. L'identité fondamentale des particules de même nature est responsable de ce phénomène.

La mécanique quantique est actuellement la théorie la meilleure et la plus précise utilisée par les physiciens pour décrire le monde qui nous entoure. Son trait caractéristique, cependant, est le langage mathématique abstrait de la mécanique quantique, notoirement conduisant à de graves problèmes d'interprétation. La vision de la réalité proposée par cette théorie est toujours un sujet de controverse scientifique que, heures supplémentaires, devient de plus en plus chaud et intéressant. De nouvelles motivations de recherche et des questions intrigantes sont soulevées par une perspective nouvelle résultant du point de vue de l'information quantique et des énormes progrès des techniques expérimentales. Ceux-ci permettent de vérifier les conclusions tirées d'expériences de pensée subtiles directement liées au problème de l'interprétation. De plus, les chercheurs font aujourd'hui d'énormes progrès dans le domaine de la communication quantique et de l'informatique quantique, qui fait largement appel aux ressources non classiques offertes par la mécanique quantique.

Pawel Blasiak de l'Institut de physique nucléaire de l'Académie polonaise des sciences de Cracovie et Marcin Markiewicz de l'Université de Gdansk se concentrent sur l'analyse de paradigmes et de concepts théoriques largement acceptés concernant les bases et l'interprétation de la mécanique quantique. Les chercheurs tentent de déterminer dans quelle mesure les intuitions utilisées pour décrire les processus de la mécanique quantique sont justifiées dans une vision réaliste du monde. Dans ce but, ils essaient de clarifier des idées théoriques spécifiques, fonctionnant souvent sous la forme d'intuitions vagues, en utilisant le langage des mathématiques. Cette approche se traduit souvent par l'apparition de paradoxes inspirants. Bien sûr, plus le concept auquel se rapporte un paradoxe donné est fondamental, le meilleur, car il ouvre de nouvelles portes pour une compréhension plus approfondie d'un problème donné.

Dans cet esprit, les deux scientifiques ont examiné la question fondamentale :qu'est-ce que l'interaction, et quand se produit-il ? En mécanique quantique, le résultat de l'interaction est l'enchevêtrement, qui est l'apparition de corrélations non classiques dans le système. Imaginez deux particules créées indépendamment dans des galaxies lointaines. Il semblerait qu'une condition nécessaire à l'émergence de l'intrication soit l'exigence qu'à un certain moment de leur évolution, les particules se touchent, ou au moins ce contact indirect devrait avoir lieu à travers une autre particule ou un champ physique pour transmettre l'interaction. Sinon, comment pourraient-ils établir le lien mystérieux de l'intrication quantique ? Paradoxalement, cependant, il s'avère que cela est possible. La mécanique quantique permet à l'intrication de se produire sans aucun contact, même indirecte.

Pour justifier une conclusion aussi surprenante, il faut un schéma dans lequel les particules montrent des corrélations non locales à distance (dans une expérience de type Bell). La subtilité de cette approche est d'exclure la possibilité d'une interaction comprise comme une forme de contact en cours de route. Un tel régime devrait également être économique, il doit donc exclure la présence de porteurs de force qui pourraient arbitrer cette interaction, comprenant un champ physique ou des particules intermédiaires. Blasiak et Markiewicz ont montré comment cela peut être fait en partant des considérations originales de Yurke et Stoler, qu'ils ont réinterprété comme une permutation des chemins parcourus par les particules de différentes sources. Cette nouvelle perspective permet la génération de tous les états intriqués de deux et trois particules, en évitant tout contact. L'approche proposée peut facilement être étendue à plus de particules.

Comment est-il possible d'enchevêtrer des particules indépendantes à distance sans leur interaction ? Un indice est suggéré par la mécanique quantique elle-même, dans laquelle l'identité - l'indiscernabilité fondamentale de toutes les particules du même genre - est postulée. Ça signifie, par exemple, que tous les photons (ainsi que d'autres familles de particules élémentaires) dans l'univers entier sont les mêmes, quelle que soit leur distance. D'un point de vue formel, cela revient à la symétrisation de la fonction d'onde pour les bosons ou à son antisymétrisation pour les fermions.

Les effets de l'identité des particules sont généralement associés à leurs statistiques ayant des conséquences pour une description de systèmes multiparticulaires en interaction (tels que les condensats de Bose-Einstein ou la théorie des bandes à l'état solide). Dans le cas de systèmes plus simples, le résultat direct de l'identité des particules est le principe d'exclusion de Pauli pour les fermions ou le groupement en optique quantique pour les bosons. Le point commun de tous ces effets est le contact de particules en un point de l'espace, qui suit la simple intuition de l'interaction (par exemple, en théorie des particules, cela revient aux sommets d'interaction). D'où la croyance que les conséquences de la symétrisation ne peuvent être observées que de cette manière. Cependant, l'interaction, par sa nature même, provoque l'intrication. Par conséquent, on ne sait pas ce qui cause les effets observés et les corrélations non classiques :est-ce une interaction en soi, ou est-ce l'indiscernabilité inhérente des particules ? Le schéma proposé par les scientifiques contourne cette difficulté, éliminant l'interaction qui pourrait se produire par tout contact. D'où, la conclusion que les corrélations non classiques sont une conséquence directe du postulat de l'identité des particules. Il s'ensuit qu'il existe un moyen d'activer purement l'intrication à partir de leur indiscernabilité fondamentale.

Ce type de vue, à partir de questions sur les bases de la mécanique quantique, peut être appliqué dans la pratique pour générer des états intriqués pour les technologies quantiques. L'article montre comment créer n'importe quel état intriqué de deux et trois qubits, et ces idées sont déjà mises en œuvre expérimentalement. Il semble que les schémas considérés peuvent être étendus avec succès pour créer des états à plusieurs particules intriqués. Dans le cadre de recherches ultérieures, les scientifiques entendent analyser en détail le postulat de particules identiques, tant du point de vue de l'interprétation théorique que des applications pratiques.

Étonnamment, le postulat de l'indiscernabilité des particules n'est pas seulement une procédure mathématique formelle, mais dans sa forme pure, conduit aux conséquences observées dans les laboratoires. La non-localité est-elle inhérente à toutes les particules identiques de l'univers ? Le photon émis par l'écran du moniteur et le photon de la galaxie lointaine des profondeurs de l'univers ne semblent être intriqués que par leur nature identique. C'est un grand mystère auquel la science sera bientôt confrontée.