Le phénomène de non-localité quantique défie notre intuition quotidienne. Il montre les fortes corrélations entre plusieurs particules quantiques dont certaines changent d'état instantanément lorsque les autres sont mesurées, quelle que soit la distance qui les sépare. Bien que ce phénomène ait été confirmé pour les particules en mouvement lent, il a été débattu de savoir si la non-localité est préservée lorsque les particules se déplacent très rapidement à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, et encore plus lorsque ces vitesses sont mécaniquement quantiques indéfinies. Maintenant, chercheurs de l'Université de Vienne, rapport de l'Académie autrichienne des sciences et de l'Institut Perimeter dans le dernier numéro de Lettres d'examen physique que la non-localité est une propriété universelle du monde, peu importe comment et à quelle vitesse les particules quantiques se déplacent.

Il est facile d'illustrer comment des corrélations peuvent survenir dans la vie de tous les jours. Imaginez que chaque jour du mois vous envoyez deux de vos amis, Alice et Bob, un jouet moteur d'un ensemble de deux pour leur collection. Vous pouvez choisir que chacun des moteurs soit rouge ou bleu ou électrique ou à vapeur. Vos amis sont séparés par une grande distance et ne connaissent pas votre choix. Une fois leurs colis arrivés, ils peuvent vérifier la couleur de leur moteur avec un appareil qui distingue le rouge du bleu ou vérifier si le moteur est électrique ou à vapeur à l'aide d'un autre appareil. Ils comparent les mesures effectuées au fil du temps pour rechercher des corrélations particulières. Dans notre monde quotidien, de telles corrélations obéissent à deux principes :le « réalisme » et la « localité ». "Réalisme" signifie qu'Alice et Bob ne révèlent que la couleur ou le mécanisme du moteur que vous aviez choisi dans le passé, et "localité" signifie que la mesure d'Alice ne peut pas changer la couleur ou le mécanisme du moteur de Bob (ou vice versa). le théorème de Bell, publié en 1964 et considéré par certains comme l'une des découvertes les plus profondes dans les fondements de la physique, ont montré que les corrélations dans le monde quantique sont incompatibles avec les deux principes, un phénomène connu sous le nom de non-localité quantique.

La non-localité quantique a été confirmée dans de nombreuses expériences, les tests dits de Bell, sur les atomes, ions et électrons. Cela a non seulement des implications philosophiques profondes, mais sous-tend également de nombreuses applications telles que le calcul quantique et les communications par satellite quantiques. Cependant, dans toutes ces expériences, les particules étaient soit au repos, soit se déplaçant à de faibles vitesses (les scientifiques appellent ce régime « non relativiste »). L'un des problèmes non résolus dans ce domaine, qui intrigue encore les physiciens, est de savoir si la non-localité est préservée lorsque les particules se déplacent extrêmement rapidement, proche de la vitesse de la lumière (c'est-à-dire en régime relativiste), ou quand ils ne se déplacent même pas à une vitesse bien définie.

Pour deux particules quantiques dans un test de Bell, qui se déplacent à grande vitesse, les chercheurs prédisent que les corrélations entre les particules sont, en principe, réduit. Cependant, si Alice et Bob adaptent leurs mesures d'une manière qui dépend de la vitesse des particules, les corrélations entre les résultats de leurs mesures sont toujours non locales. Maintenant, imaginez que non seulement les particules se déplacent très rapidement, mais leur vitesse est également indéfinie :chaque particule se déplace dans une soi-disant superposition de vitesses différentes simultanément, tout comme le tristement célèbre chat de Schrödinger est à la fois mort et vivant. Dans ce cas, leur description du monde est-elle encore non locale ?

Des chercheurs, dirigé par Časlav Brukner à l'Université de Vienne et à l'Académie autrichienne des sciences, ont montré qu'Alice et Bob peuvent en effet concevoir une expérience qui prouverait que le monde n'est pas local. Pour ça, ils ont utilisé l'un des principes les plus fondamentaux de la physique, à savoir que les phénomènes physiques ne dépendent pas du cadre de référence à partir duquel nous les observons. Par exemple, selon ce principe, tout observateur, que ce soit en mouvement ou pas, verra qu'une pomme tombant d'un arbre touchera le sol. Les chercheurs sont allés plus loin et ont étendu ce principe aux référentiels "attachés" aux particules quantiques. Ceux-ci sont appelés "cadres de référence quantiques". L'idée clé est que si Alice et Bob pouvaient se déplacer avec les cadres de référence quantiques avec leurs particules respectives, ils pourraient effectuer le test de Bell habituel, puisque pour eux les particules seraient au repos. De cette façon, ils peuvent prouver la non-localité quantique pour toute particule quantique, que la vitesse soit indéfinie ou proche de celle de la lumière.

Flaminia Giacomini, l'un des auteurs de l'étude, dit, "Notre résultat prouve qu'il est possible de concevoir une expérience de Bell pour des particules se déplaçant dans une superposition quantique à des vitesses très élevées." Le co-auteur, Lucas Streiter, conclut, "Nous avons montré que la non-localité est une propriété universelle de notre monde." Leur découverte devrait ouvrir des applications dans les technologies quantiques, telles que les communications par satellite quantiques et le calcul quantique, utilisant des particules relativistes.