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Les physiciens quantiques de l'Université Griffith ont dévoilé un nouveau paradoxe qui dit, quand il s'agit de certaines croyances de longue date sur la nature, "quelque chose doit donner."
La théorie quantique est pratiquement parfaite pour prédire le comportement que nous observons lorsque nous effectuons des expériences sur de minuscules objets comme des atomes. Mais en appliquant la théorie quantique à des échelles bien plus grandes que les atomes, en particulier aux observateurs qui font les mesures, soulève des problèmes conceptuels difficiles.
Dans un article publié en Physique de la nature , une équipe internationale dirigée par l'Université Griffith en Australie a aiguisé ces problèmes en un nouveau paradoxe.
"Le paradoxe signifie que si la théorie quantique fonctionne pour décrire les observateurs, les scientifiques devraient abandonner l'une des trois hypothèses chères sur le monde, " a déclaré le professeur agrégé Eric Cavalcanti, un auteur théorique principal sur le papier.
« La première hypothèse est que lorsqu'une mesure est effectuée, le résultat observé est un réel, événement unique au monde. Cette hypothèse exclut, par exemple, l'idée que l'univers peut se diviser, avec différents résultats observés dans différents univers parallèles."
« La deuxième hypothèse est que les paramètres expérimentaux peuvent être librement choisis, nous permettant de réaliser des essais randomisés. Et la troisième hypothèse est qu'une fois ce libre choix fait, son influence ne peut pas se répandre dans l'univers plus vite que la lumière, " il a dit.
"Chacune de ces hypothèses fondamentales semble tout à fait raisonnable, et est largement admis. Cependant, il est également largement admis que les expériences quantiques peuvent être étendues à des systèmes plus grands, même au niveau des observateurs. Mais nous montrons que l'une de ces croyances largement répandues doit être fausse ! Abandonner l'un d'entre eux a des conséquences de grande portée pour notre compréhension du monde."
L'équipe a établi le paradoxe en analysant un scénario avec des particules quantiques bien séparées enchevêtrées combinées à un "observateur" quantique - un système quantique qui peut être manipulé et mesuré de l'extérieur, mais qui peut lui-même faire des mesures sur une particule quantique.
« Sur la base des trois hypothèses fondamentales, nous avons déterminé mathématiquement les limites des résultats expérimentaux possibles dans ce scénario. Mais la théorie quantique, lorsqu'il est appliqué aux observateurs, prédit des résultats qui violent ces limites. En réalité, nous avons déjà réalisé une expérience de preuve de principe utilisant des photons intriqués (particules de lumière), " a déclaré le Dr Nora Tischler, un auteur expérimental senior. "Et nous avons trouvé une violation exactement comme la théorie quantique l'avait prédit."
"Mais notre 'observateur' avait un tout petit cerveau, pour ainsi dire. Il n'a que deux états de mémoire, qui sont réalisés comme deux chemins différents pour un photon. C'est pourquoi nous appelons cela une expérience de preuve de principe, pas une démonstration concluante que l'une des trois hypothèses fondamentales de notre paradoxe doit être fausse, " elle a dit.
"Pour une mise en œuvre plus définitive du paradoxe, notre expérience de rêve est celle où l'observateur quantique est un programme d'intelligence artificielle au niveau humain fonctionnant sur un ordinateur quantique massif, " a déclaré le professeur Howard Wiseman, le chef du projet et directeur du Griffith's Center for Quantum Dynamics, où sont basées les équipes théoriques et expérimentales.
"Ce serait un test assez convaincant pour savoir si la théorie quantique échoue pour les observateurs, ou si l'une des trois hypothèses fondamentales est fausse. Mais c'est probablement dans des décennies."
Le laboratoire du Center for Quantum Dynamics dans lequel l'expérience a été réalisée fait également partie du Center for Quantum Computation and Communication Technology, un centre d'excellence du Conseil australien de la recherche.
"Il est reconnu depuis longtemps que les ordinateurs quantiques vont révolutionner notre capacité à résoudre des problèmes informatiques difficiles, " dit le professeur Wiseman.
"Ce que nous n'avons pas réalisé jusqu'à ce que nous ayons commencé cette recherche, c'est qu'ils peuvent également aider à résoudre des problèmes philosophiques difficiles - la nature du monde physique, le monde mental, et leur relation."