L'effet quantique du chat de Cheshire tire son nom du chat de Cheshire fictif de l'histoire d'Alice au pays des merveilles. Ce chat a pu disparaître, ne laissant derrière lui que son sourire.

De même, dans un article de 2013, des chercheurs affirmaient que les particules quantiques étaient capables de se séparer de leurs propriétés, ces propriétés empruntant des chemins que les particules ne pouvaient pas parcourir. Ils ont nommé cela l’effet quantique du chat du Cheshire. Depuis, les chercheurs ont prétendu étendre cela plus loin, en échangeant les propriétés désincarnées entre les particules, en désincarnant plusieurs propriétés simultanément et même en « séparant la dualité onde-particule » d'une particule.

Cependant, des recherches récentes publiées dans le New Journal of Physics , montre que ces expériences ne montrent pas réellement des particules se séparant de leurs propriétés, mais affichent plutôt une autre caractéristique contre-intuitive de la mécanique quantique :la contextualité.

La mécanique quantique est l'étude du comportement de la lumière et de la matière aux échelles atomique et subatomique. De par sa nature, la mécanique quantique est contre-intuitive. L'équipe de recherche a entrepris de comprendre fondamentalement cette nature contre-intuitive tout en explorant les avantages pratiques.

"La plupart des gens savent que la mécanique quantique est étrange, mais identifier les causes de cette étrangeté reste un domaine de recherche actif. Cela a été lentement formalisé en une notion appelée contextualité, selon laquelle les systèmes quantiques changent en fonction des mesures que vous y effectuez", a déclaré Jonte Hance, chercheur à l'Université d'Hiroshima et à l'Université de Bristol.

Une séquence de mesures sur un système quantique produira des résultats différents selon l’ordre dans lequel les mesures sont effectuées. Par exemple, si nous mesurons où se trouve une particule, puis à quelle vitesse elle se déplace, cela donnera des résultats différents de la mesure d'abord de la vitesse à laquelle elle se déplace, puis de l'endroit où elle se trouve.

En raison de cette contextualité, les systèmes quantiques peuvent être mesurés comme ayant des propriétés dont on pourrait s’attendre à ce qu’elles soient mutuellement incompatibles. "Cependant, nous ne comprenons toujours pas vraiment ce qui cause cela, c'est donc ce que nous voulions étudier, en utilisant le scénario paradoxal du chat quantique du Cheshire comme banc d'essai", a déclaré Hance.

L'équipe note que le problème avec le paradoxe quantique du chat de Cheshire est que son affirmation initiale, selon laquelle la particule et ses propriétés, telles que le spin ou la polarisation, se séparent et se déplacent sur des chemins différents, peut-être une représentation trompeuse de la physique réelle de la situation.

"Nous voulons corriger cela en montrant que des résultats différents sont obtenus si un système quantique est mesuré de différentes manières et que l'interprétation originale du chat de Cheshire quantique ne se produit que si l'on combine les résultats de ces différentes mesures d'une manière très spécifique", et ignorez ce changement lié aux mesures", a déclaré Holger Hofmann, professeur à l'Université d'Hiroshima.

L’équipe a analysé le protocole du chat de Cheshire en examinant la relation entre trois mesures différentes concernant le chemin et la polarisation d’un photon dans le protocole quantique du chat de Cheshire. Cela aurait abouti à une contradiction logique si le système n'était pas contextuel.

Leur article discute de la manière dont ce comportement contextuel est lié à des valeurs faibles et aux cohérences entre les États interdits. Leurs travaux ont montré qu'au lieu d'une propriété de la particule désincarnée, le chat quantique du Cheshire démontre les effets de ces cohérences, que l'on trouve généralement dans les systèmes pré- et post-sélectionnés.

Pour l'avenir, l'équipe souhaite élargir cette recherche, trouver un moyen d'unifier les effets quantiques paradoxaux en tant que manifestations de la contextualité et expliquer comment et pourquoi les mesures modifient les systèmes quantiques.

"Cela nous aidera non seulement à expliquer enfin pourquoi la mécanique quantique est si contre-intuitive, mais nous aidera également à développer des moyens d'utiliser cette bizarrerie à des fins pratiques. Étant donné que la contextualité est intrinsèquement liée aux scénarios présentant un avantage quantique par rapport aux solutions classiques à un problème donné, ce n'est qu'en comprenant la contextualité que nous pourrons réaliser tout le potentiel, par exemple, de l'informatique quantique", a déclaré Hance.

Plus d'informations : Jonte R Hance et al, Contextualité, cohérences et chats de Cheshire quantiques, New Journal of Physics (2023). DOI :10.1088/1367-2630/ad0bd4

Fourni par l'Université d'Hiroshima