L’expérience des gâteaux quantiques

La vidéo du jour parle d’une expérience de mécanique quantique totalement troublante, époustouflante…et bizarrement très peu connue !

Evidemment, bien qu’elle fasse tout de même 20 minutes, cette vidéo ne fait qu’effleurer le fondement de l’affaire : les inégalités de Bell. Il y aura une vidéo plus détaillée là-dessus, et je pense que le résultat est tellement important et beau que je ferai aussi une série de billets de blog pour comprendre ce qui se cache derrière ce théorème aussi important, au sujet duquel le physicien Henry Stapp déclarait

« Bell’s theorem is the most profound discovery of science. »

Rien que ça !

En attendant, je voudrais dans un premier temps faire quelques commentaires généraux sur ces questions, et dans un deuxième temps revenir plus précisément sur cette expérience « des gâteaux », et pourquoi je l’ai choisie.

Superposition, probabilités et « à la fois »

Comme vous l’aurez noté, j’ai décidé (comme à chaque fois que je parle de superposition quantique) d’utiliser l’image et la formule habituelle du chat « à la fois » mort et vivant, du spin « en même temps » + et -, de l’électron « partout à la fois ».

Disons le clairement : l’utilisation d’expressions comme « à la fois » ou « en même temps » pour faire traduire ( en langue de tous les jours) l’idée de superposition quantique ne fait fait pas consensus chez les physiciens. Certains l’utilisent volontiers (même parmi les plus chevronnés), d’autres la considèrent comme trompeuse.

Je fais partie de ceux qui choisissent de l’employer malgré tout, et la raison se trouve précisément dans cette vidéo : si on insiste pas sur ce côté « à la fois », beaucoup de gens ne perçoivent pas la différence entre la mécanique quantique, et une simple théorie statistique dans laquelle les mesures ne feraient que révéler un état pré-existant. Et ils ne voient pas en quoi la mécanique quantique serait différente de la physique classique.

Une façon plus snob de le dire, c’est de se demander par exemple si les probabilités de présence associées à la fonction d’onde sont de nature ontique (le monde est vraiment comme ça) ou de nature épistémique (elles n’ont pas de réalité physique et ne sont que le reflet de notre état de connaissance incomplet). Physiquement ça n’est pas la même chose, notamment si on considère l’idée d’influence instantanée à distance.

Si je prends une paire de chaussures et que j’en met une dans un colis à destination de New-York et l’autre à destination de Tokyo. Au moment où mon destinataire new-yorkais ouvre le colis et voit quelle chaussure il a, il sait instantanément quelle chaussure se trouve à Tokyo. Mais c’est un effet purement épistémique. Avant qu’il ouvre le colis, la chaussure avait une existence réelle bien déterminée. Mais si on commence à dire que les deux chaussures communiquent instantanément à distance pour se modifier, là physiquement c’est tout autre.

Quelques compléments concernant « le réalisme ». Malheureusement le terme employé dans ce contexte ne recouvre pas strictement son usage dans d’autres champs, notamment en philosophie, et il est parfois difficile de séparer son sens avec celui du déterminisme ou de ce qu’on appelle en anglais la « counterfactual definiteness » (je n’ai pas trouvé le terme français), c’est-à-dire le fait qu’on ait le droit de parler des résultats de scénarios alternatifs qu’on n’a pas effectué.

Mais dans le fond ça n’est pas très important, car d’autres expériences se basent sur des version du théorème de Bell pour lesquelles on n’a pas vraiment besoin de l’hypothèse du réalisme, et ces expériences prouvent donc le caractère non-local des interactions physiques.

Sur le plan théorique, un exemple de « non-localité déterministe », c’est la théorie de l’onde pilote de DeBroglie-Bohm, qui est une théorie déterministe à variables cachées non-locales, et qui reproduit les résultats de la mécanique quantique. J’en parlerai peut-être un jour…

L’expérience de Hardy

Comme je l’ai dit dans la vidéo, l’expérience dont j’ai parlé a été imaginée par Lucien Hardy (que j’ai eu le plaisir de côtoyer brièvement quand j’étais en thèse au Perimeter Institute au début des années 2000). C’est à lui que l’on doit aussi l’analogie des gâteaux, même si j’ai légèrement modifié certains détails par rapport à sa version.

Les expériences de violation des inégalités de Bell (comme celle d’Alain Aspect dont je reparlerai un jour) se basent sur le fait de mesurer des corrélations, et montrer que ces corrélations violent certaines inégalités mathématiques. Ca n’est pas forcément hyper intuitif, et on a du mal à comprendre en quoi c’est puissant.

Dans le cas de l’expérience de Hardy, pas besoin d’inégalités sur les corrélations, on le prend en pleine face : comment diable est-il possible qu’il n’y ait pas une seule paire de bons gâteaux ???

Ce qui est fou, c’est que ce cas de figure n’a été découvert par Hardy qu’en 1993, soit 30 ans après les inégalités de Bell, alors que ça ne met en oeuvre que quelques lignes de calcul accessible à un étudiant de premier année en mécanique quantique ! (D’ailleurs Hardy a publié cette découverte à l’âge de 19 ans !)

Voici le secret : quand on parle des inégalités de Bell, on considère des états intriqués, et l’état intriqué « typique » est celui appelé « singlet » :

\frac{1}{\sqrt2} \left(|-+> - |+->\right)

Cet état est dit « maximalement » intriqué, on ne peut pas faire plus intriqué puisque connaitre l’état d’une des particules nous renseigne instantanément et systématiquement sur l’état de l’autre (et ce quelle que soit l’orientation du détecteur)

L’idée de Hardy a été de considérer des états non-maximalement intriqués, et d’en chercher qui donnent justement naissance à des corrélations comme celles exposées dans la vidéo.

Voici la solution. Considérez une paire de gâteaux pouvant être dans l’état de goût « bon » G+, « mauvais » G- ou une superposition des deux. Si on considère deux gâteaux, on peut considérer l’état intriqué suivant :

|\Psi> = \sqrt{\frac38} |G_+ G_-> + \sqrt{\frac38} |G_- G_+> -\frac12 |G_- G_->

C’est un état intriqué tout à fait valide. On note qu’il n’a aucune composante G+G+, ce qui colle avec l’idée que jamais on ne mesurera les deux gâteaux « bons » en même temps.

Ensuite considérons une autre base (celle du Magnesium), reliée à la base du goût par les relations suivantes :

|Mg_+> = \sqrt{\frac35} |G_-> + \sqrt{\frac25} |G_+>

|\overline{Mg_-}> = -\sqrt{\frac25} |G_-> + \sqrt{\frac35} |G_+>

C’est une brave base orthogonale, tout à fait légitime. Et notons qu’on pourrait tout à faire avoir ces deux bases en prenant des polariseurs croisés avec le bon angle.

Eh bien c’est un exercice élémentaire de mécanique quantique de calculer les probabilités associées suivant les différents choix de mesure de chacun des deux côtés

On retrouve bien les résultats attendus : 9% de Mg/Mg, pas de G+G+ (Bon/Bon), et si Mg est + alors l’autre est forcement bon puisque les probas +- dans Mg/G sont de 0.

Je trouve fou qu’on n’ait découvert ce truc que 70 ans après l’invention de la mécanique quantique (et 30 ans après Bell), alors que c’est un simple calcul de mécanique quantique de base. Il fallait juste « penser » à choisir cet état intriqué, et ces bases d’analyse.

D’ailleurs notons que Hardy a fait ça en faisant de l’ingénierie du truc : il a posé un état générique avec des coefficient, et cherché des conditions pour qu’on ait un phénomène de ce type. Il a ensuite optimisé pour maximiser le % de Mg/Mg. La borne maximum est autour de 9%.

Joli, non ?

Plus de détails :

Le papier théorique d’origine de Hardy : Hardy, L. (1993). Nonlocality for two particles without inequalities for almost all entangled states. Physical Review Letters, 71(11), 1665.

L’expérience réalisée en 1995 : Torgerson, J. R., Branning, D., Monken, C. H., & Mandel, L. (1995). Experimental demonstration of the violation of local realism without Bell inequalities. Physics Letters A, 204(5-6), 323-328.

La version vulgarisée avec des lumières : Mermin, N. D. (1994). Quantum mysteries refined. American Journal of Physics, 62(10), 880-887.

La version vulgarisée avec des gâteaux : Kwiat, P. G., & Hardy, L. (2000). The mystery of the quantum cakes. American Journal of Physics, 68(1), 33-36.

 

57 réflexions sur “L’expérience des gâteaux quantiques

  1. J’ai pas compris ça :

    « On note qu’il n’a aucune composante G+G+, ce qui colle avec l’idée que jamais on ne mesurera les deux gâteaux « bons » en même temps »

    franchement deux bon gâteaux en même temps je ne vois pas le problème 😀 ça résume bien toute la mécanique quantique 🙂 c’est truffé de « c’est évident » et puis toi tu te dis « ha ouais ?… mais heeuuuuu.. je pose la question ou bien ? » :’)

    • Ok maintenant que j’ai vu la vidéo (elle était inaccessible, j’avais juste lu le texte) j’attends avec impatience les détails complets, les conditions exactes de l’expérience avec des photons (ce qui est déjà un défi énorme dans ce domaine « quantique »).

      Toutes ces histoires de « gâteaux » pour illustrer des phénomènes qui sont déjà inexplicable avec le résultats des expériences c’est forcément n’importe quoi…

      Il faut détailler au maximum le protocole expérimental pour trouver l’erreur, le « truc » ! Voici la démarche d’un vrai scientifique quand il se trouve face à quelque chose d’apparemment « magique ».

      • Le nom de l’article avec tous les détails expérimentaux est dans la vidéo.

    • C’est simplement la façon dont on définit l’état. On le définit tel qu’il n’y a pas de composante ++ pour le goût, rien de plus.

      La question c’est comment on a trouvé un cristal capable de créer des paires de photons intriqués dans cet état particulier.

  2. Pingback: Le mystère des gâteaux quantiques [Vidéo] – Aphadolie

  3. Je ne suis pas tout à fait d »accord avec la conclusion. Renoncer à la localité-quantique n’implique pas de renoncer au principe de causalité (le fait qu’aucune information ne se déplace plus rapidement que la vitesse de la lumière), en effet quoi que fasse le premier observateur, le résultat du second observateur demeure fondamentalement aléatoire. Ce n’est qu’EN RASSEMBLANT les informations que l’on constate, et de manière CAUSALE, qu’on a des corrélations entre les informations. Et la transmission des informations ne peut dès lors se faire plus vite que la vitesse de la lumière.

    • Cette expérience est vraiment bien pour rendre compte du caractère non intuitif de la mécanique quantique, elle méritait une bonne vidéo. Merci à toi.

      C’est dommage que tu ne parle pas de la théorie des mondes multiples d’Everett, elle est à la fois locale et déterministe. En plus on peut la comprendre simplement par une description purement quantique de l’ensemble de l’expérience (système + observateur), c’est à dire en modélisant la mesure par un le processus unitaire.

      • Mais d’où vient l’énergie qui permet à l’Univers de se dupliquer ?

    • Bien observé; je vois donc qu’on ne peut pas faire d’algorithme du type : l’un (Bob) (choisi à l’avance) ne le regarde que la teneur en Mg et l’autre (Alice) communique une information en testant soit le Mg, soit le goût. Dans tous les cas (qu’Alice teste le Mg ou le goût), la probabilité pour Bob d’avoir un positif sera la même (37,5%); Bob ne pourra pas déduire le choix d’Alice.

  4. Bonjour!
    Merci beaucoup pour ce billet et cette vidéo, super!

    Une petite question m’est venue concernant le principe de localité. Cela m’a fait penser à ce que j’ai pu entendre dans la bouche d’Étienne Klein (je ne me souviens plus où exactement, donc je vais essayer de paraphraser…) : celui-ci parlait de la théorie de la gravitation de Newton. En effet, si cette théorie permet de caractériser la force de gravitation qu’exerce un corps sur un autre (quelle est son intensité, sa direction, son sens), elle ne renseigne pas vraiment sur la nature de cette force, et en particulier sur la façon dont est transmise l’information gravitationnelle (peut-on parler d’ « information gravitationnelle »?). Autrement dit, imaginons que le soleil disparaisse subitement : selon la théorie de Newton, il me semble que la force de gravitation qu’il exerce sur la Terre (par exemple) disparait instantanément (car plus de Soleil, plus de masse). Autrement dit, l’information gravitationnelle (encore une fois avec des guillemets, je ne sais pas si le terme est correct) se propagerait plus vite que la lumière, car instantanément. Je me demandais donc si ceci n’était pas une violation de ce principe de localité…

    Voilà, mais peut-être ai-je oublié quelque chose ou sauté une étape…
    Merci ! 🙂

    • Dans la relativité générale d’Einstein (1916), l’information de gravitation possède une vitesse finie, il pensait que cette vitesse était celle de la lumière. Depuis 2003 il semblerait que ce caractère fini ait été montré (https://www.rtflash.fr/vitesse-gravite-einstein-avait-raison/article). Également, le modèle standard de la physique des particules prédit que toute particule non massive se déplace à la vitesse maximale possible (c), si la gravitation est bien transmise par le graviton et que cette particule (à découvrir si elle existe) n’a pas de masse alors la gravitation se déplace à la vitesse c.

    • En effet dans la théorie de Newton les forces gravitationnelles se propagent instantanément donc ça contredit le principe de localité qui stipule qu’il n’y a aucune influence directe entre des corps distants. La théorie de la relativité restreinte prédit qu’aucune information ne peut se déplacer plus vite qu’une vitesse limite (en l’occurrence la vitesse de la lumière c).
      Quand on parle de théorie il faut toujours se poser le problème du domaine de validité. La théorie de Newton fonctionne très bien tant qu’on se contente de l’utiliser pour envoyer des sondes vers d’autres corps célestes mais il faut passer à la relativité générale si l’on veut étudier l’Univers dans son ensemble.
      Idem pour la RG (monde macroscopique) versus la mécanique quantique (monde microscopique).
      Et pour ce qui est de la disparition du Soleil, le résultat Newton/Relativité générale sera le même sauf dans la temporalité.
      La Terre sera éjectée mais pour Newton c’est instantané et pour Einstein ça prendra au moins 8mn (temps que met la lumière/l’information pour nous parvenir)

      • En effet, il est important de tenir compte du délai de la réaction. De même, il faut intégrer tout ce que l’on sait dans l’explication. A dire vrai, on ne peut pas dire que deux gâteaux réels sortent de la boîte noire, mais plutôt deux ondes dont les fonctions d’ondes sont des fonctions de probabilité. Et si on fait une mesure, on n’aura jamais le gâteau mais la cerise qui « était » sur le gâteau. D’ailleurs, la fonction de probabilité pourrait contenir un verset du Coran, un verset de la Bible, ou un vers de l’Iliade ou une phrase du « Capital » de Karl Marx. C’est pourquoi les opérateurs, au lieu de se contenter de goûter les gâteaux ou de tester le Magnésium, pourraient essayer de lire le texte. Si on tient compte de toutes les possibilités, la somme des probabilités devient égale à 1. Et seulement dans ce cas.

  5. Voici mon hypothèse :

    Essai d’interprétation de la réalité quantique

    De nombreuses équipes de physiciens cherchent à rapprocher la relativité générale de la mécanique quantique afin d’aboutir à une  » théorie du tout  » qui permettrait de rendre compte de tous les processus physiques de l’univers depuis l’infiniment petit jusqu’aux dimensions astronomiques qui se chiffrent en giga années-lumière.
    Il me semble que cette démarche est vouée à l’échec. En effet il se pourrait bien que l’on ait pas tiré toutes les enseignements de l’introduction des Quanta par Max Planck.
    Mon hypothèse est que la longueur de Planck, 10-35m, serait de l’ordre de la dimension minimale ayant une réalité dans notre univers à 3 dimensions d’espace associées à une d’évolutivité. En d’autres termes notre univers de matière et d’énergie n’est pas continu, il est semblable à une énorme éponge dont les trous ont des dimensions de l’ordre de 10-35m. La distance entre deux trous étant du même ordre de grandeur. Qu’y a-t-il dans ces trous ? Je postule que ces trous sont remplis d’un  » fluide « , de façon analogue à l’eau qui emplit les trous de l’éponge, fluide qui n’appartient pas à notre univers et que je vais nommer  » matièrgie  » car c’est un précurseur de la matière et de l’énergie qui appartient à un univers dont le nôtre n’est qu’un sous-ensemble. Nous ne savons qu’une chose de cet univers de  » matièrgie  » c’est qu’il possède une structure d’espace vectoriel (dit de Hilbert), vraisemblablement de plus de 3 dimensions .
    Voila pourquoi j’avançais, plus haut, que la démarche d’unification est vouée à l’échec, en effet la théorie de la relativité générale s’applique dans le domaine de notre univers de matière et d’énergie à 3 dimensions d’espace et une d’évolutivité alors que la mécanique quantique s’applique, à la fois, dans le même espace de Matière et d’énergie et dans l’espace de  » matièrgie « . Plus précisément la mécanique quantique traite de l’interface entre ces deux espaces. Ces deux théories ne s’appliquent donc pas dans le même domaine, même si elles sont interfacées comme leurs domaines d’application.
    Exemple 1 : Un photon émis lors d’un changement d’état énergétique d’un atome nait et se déplace dans la  » matièrgie « , tant qu’il reste dans l’univers de  » matièrgie  » il possède la dualité onde-particule tout simplement parce qu’il n’est encore ni l’un ni l’autre, il est potentiellement l’un ou l’autre et ne le deviendra que quand il entrera dans le domaine restreint qu’est notre univers. C’est la réduction du paquet d’onde. Elle se produit à l’occasion de la confrontation du photon avec un phénomène physique propre à notre univers, selon le phénomène le photon deviendra onde ou particule. Mais comme dans l’univers de  » matiergie « , il n’est pas soumis à la dimension d’évolutivité de notre univers il devient onde (ou particule selon le cas) depuis son émission. Autrement dit l’univers de  » matièrgie  » n’est pas soumis à notre notion de temps.
    Exemple 2 : Principe d’indétermination de Heisenberg, l’électron sur son niveau autour du noyau n’est ni une particule ni une onde mais un champ dans l’espace de  » matiergie « , ce champ prend des valeurs maximale dans une zone retreinte et ne s’annule qu’à l’infini, il est animé de vibrations qui déplacent les valeurs de façon cyclique. N’oublions pas que ceci se passe dans un univers à n dimensions avec n > 3. Dans son univers de  » matiergie « ‘électron n’a donc pas de position strictement définie ni de vitesse et peut être animé de variations rotationnelles opposées que nous peinons à imaginer. Quand cet électron sera confronté à notre univers et qu’il y apparaitra après réduction du paquet d’onde on ne verra que des projections de ses caractéristiques dans nos 3 dimensions. Projections qui seront filtrées par le « médiateur d’entrée  » dans notre univers ou notre temps. L’univers de  » matièrgie  » n’étant pas compatible avec l’évolutivité (le temps) qui anime notre univers on ne peut pas projeter les caractéristiques de l’électron avec précision dans l’espace à 3 dimensions et dans le temps on ne le pourra que dans l’un ou dans l’autre.
    Exemple 3 : Particules intriquées, deux particules intriquées, deux électrons par exemple, ont toutes leurs caractéristiques anti corrélées (de même valeur et de sens opposé). Dans ce cas les deux électrons sont en fait un seul champ dans la « matiergie  » mais un champ anti-symétrique (analogue à une symétrie autour d’un centre), projeté dans notre espace-temps et quelque soit la réduction du paquet d’ondes il apparaitra comme deux électrons intriqués dont les caractéristiques sont instantanément de valeurs opposées. En effet, il s’agit d’un seul champ avec une contrainte de symétrie qui n’est pas soumis à notre temps et donc pas à la limitation de vitesse de notre espace-temps et que l’on peut  » voir  » sous plusieurs aspects ou avec des valeurs opposées.
    Dans la controverse Einstein-Bohr, Bohr n’avait pas tort et Einstein avait raison, il y a bien des variables cachées qui permettraient de décrire complètement l’état de la particule si on les maîtrisait. Mais ils n’avaient pas imaginé que cela ne se passe pas dans notre espace-temps. Est-ce la théorie des cordes, la gravitation quantique à boucles ou une autre théorie qui permettront cette description ? Nous le saurons peut-être un jour.

  6. La manière la plus représentative de la superposition d’état est une chanson du moyen âge

    La blanche biche
    Celles qui vont au bois
    C’est la mère et la fille
    Celles qui vont au bois
    C’est la mère et la fille

    La mère va chantant
    Et la fille soupire
    La mère va chantant
    Et la fille soupire

    « Qu’avez-vous à soupirer
    ma fille, Marguerite? »
    « J’ai bien grand d’ire en moi
    Mais n’ose vous le dire:

    Je suis fille le jour
    Et la nuit blanche biche
    Je suis fille le jour
    Et la nuit blanche biche

    La chasse est après moi
    Les barons et les princes
    Et mon frère Renaud
    Qui est encore bien pire

    Qu’il arrête ses chiens
    Jusqu’à demain ressie »
    « Où sont tes chiens, Renaud,
    Et ta chasse gentille ?

    « Ils sont dedans le bois
    À courre blanche biche »
    « Arrête-les Renaud,
    Arrête, je t’en prie ! »

    Trois fois les a cornés
    De son cornet de cuivre
    À la troisième fois
    La blanche biche est prise

    Celui qui la dépouille
    Dit « Je ne sais que dire
    Elle a le cheveu blond
    Et le sein d’une fille »

    A tiré son couteau
    En quartiers il l’a mise
    On a fait un diner
    Aux barons et aux princes

    On a fait un diner
    Aux barons et aux princes:
    « Nous voici tous ici
    Sauf ma sœur Marguerite »

    « Vous n’avez qu’à manger
    Suis la première assise
    Ma tête est dans le plat
    Et mon cœur au cheville

    Mon sang est répandu
    Par toute la cuisine
    Et sur vos noirs charbons
    Mes pauvres os s’y grillent »

    Celles qui vont au bois
    C’est la mère et la fille
    Celles qui vont au bois
    C’est la mère et la fille.
    https://lyricstranslate.com

  7. Merci pour cette vidéo – et cette chaîne en général – très instructive pour un débutant curieux comme moi!

    J’ai une ou deux questions de néophyte total concernant ce billet:
    1. J’ai retenu grâce à l’une de vos vidéos que la notation |…> représente un état, et que l’on représente une superposition d’état en les additionnant: |E1> + |E2> + …
    Mais dès la première équation, je vois un signe « – » entre deux états, et je ne comprend pas ce que représente ce signe dans ce contexte. Pouvez-vous m’en dire plus sur ce signe « – » ?

    2. Je me demande aussi d’où sortent les coefficients des différents états (sont-ils spécifiques à cette expérience donnant ces résultats particuliers?), et pourquoi leur addition ne donne pas 1 (j’aurai imaginé qu’une superposition d’états décrite dans son intégralité présenterai des coeffs dont la somme donne 1, je n’arrive donc pas à me représenter ce que peut signifier une superposition d’états dont les coeffs ne donnent pas 1)?

    Un grand merci d’avance si vous pouvez m’éclairer sur ces points!

    • Oui c’est coefficients représentent « en quelque sorte » une proportion, donc on peut mettre des coefficients. Et ça n’est pas une véritable proportion car ce sont en général des nombres complexes.
      (c’est leur module carré qui compte pour la proportion)

  8. Bonjour,

    Il y a une théorie (Bohm Broglie) qui a un point de vue different sur le sujet (onde porteuse & particule sont 2 entités), peu vu d’analyse sur ce point. Pourrait être un sujet pour vous?

  9. Le problème se situe, à mon avis, au niveau de l’interprétation de ces expériences EPR. Dans ce type d’expérience à aucun moment on mesure +/-1 d’un côté et +/-1 de l’autre pour ensuite faire « le CALCUL » de la corrélation par contre et vous le dites dans votre video, on fait « la MESURE » des couples de corrélation (+,+) ou (-,+) ou (+,-) ou (-,-) c’est totalement différent.
    D’après la MQ quand on fait une mesure qui correspond aux valeurs propres d’un opérateur, la fonction d’onde (ou disons le signal) est projeté sur un vecteur propre de l’opérateur , ce n’est pas juste une valeur +/-1 sinon on perd inévitablement de l’information notamment celle de phase or, dans les expériences EPR, c’est manifestement pas le cas avant de faire les mesures de corrélation sinon on ne retrouverait pas les résultats de la MQ.
    Pour résumer, l’erreur essentielle dans l’interprétation des expériences EPR est de considérer qu’on réalise seulement des mesures binaires au niveau des polariseurs pour en calculer des corrélations alors qu’on fait des mesures de corrélation de signaux ou de fonction d’onde qui modélise les états d’une expérience (à mon avis) conformément à la théorie quantique et au réalisme local.
    En réalité les vrais gâteaux ne sont pas à la sortie des polariseurs mais en sortie du corrélateur là où on réalise les mesures. c’est un point de vue réaliste qui suit parfaitement les préceptes de la MQ et qui de ce fait est conforme aux principe de la localité. Toute critique est bienvenue.

    • Bonjour,
      Je ne sais pas si cela à un rapport avec votre post, mais dans le cas de l’expérience EPR on fait une mesure sur le photon d’Alice et on constate que le photon de Bob est corrélé et réciproquement. La corrélation est une opération classique et non quantique. Par contre, en effet, avant la mesure, les paires de photons sont intriquées, l’état de chaque paire est superposé, c’est-à-dire qu’il n’a pas d’équivalent classique, et l’état de chaque photon n’existe pas en tant que sous-système de la paire à qui ce photon appartient. En tout cas, c’est ce que j’ai compris de la MQ.

      • J’ajoute que, selon moi, la mesure du photon par Alice par exemple, produit instantanément la décohérence de la paire EPR et celle-ci devient classique (ce qui est conforme au fait qu’Alice et Bob obtiennent un résultat – corrélé de surcroît). Toute critique est bienvenue.

      • Bonjour, je pense qu’il y a erreur, l’opération de corrélation faite dans les expériences EPR d’Aspect n’est pas une opération mathématique, elle correspond effectivement à une observable quantique. Elle est réalisé par un circuit adhoc appelé parfois coincidence counter. Il a 4 entrées correspondant aux 2 fois 2 voix sur lesquels circulent les signaux ou fonction d’onde provenant des 2 polariseurs et une sortie sur laquelle on fait une mesure de corrélation. C’est vrai que ce module de corrélation n’apparaît pas toujours dans les schéma de l’expérience et pourtant son rôle est fondamental puisque c’est de ce circuit qu’on obtient la mesure. Cette mesure du corrélateur correspond exactement aux valeurs propres d’une observable disons « de corrélation » , qui sont +1 +1 -1 -1 . Cette observable, d’après mes souvenirs, est le produit tensoriel des observables de polarisation (ou spin c’est selon) ., la moyenne des mesure de corrélateur donne la corrélation qui est du type cos(t1-t2). Il suffit de dérouler la MQ mais on est donc très très très loin d’une corrélation mathématique simple de mesures binaires en sortie des polariseurs. voici un schéma où apparaît le corrélateur ou coincidence counter http://online.kitp.ucsb.edu/online/colloq/aspect1/oh/30.html

    • Bonjour Frédéric,

      Je vous remercie des précisions de votre post d’hier (celui de 23:49).
      Je suis entièrement d’accord avec vous concernant l’observable. C’est en effet une matrice 4×4 de sinus et cosinus 2(a-b) qui donne les fonctions d’onde l=> et l≠> de la corrélation avec les valeurs propres +1 et -1 associées.
      Par contre, pour moi mais je me trompe peut-être, la mesure de la corrélation est simplement faite par un opérateur classique (type porte électronique standard « ou exclusif ») qui compare chacun des résultats de détection des photons de chaque paire obtenu sur l’une ou l’autre voie de chacun des deux polariseurs. Sinon, comment fonctionnerait ce corrélateur ?

      • J’ajouterais également que l’opération de mesure n’est pas prise en compte dans le formalisme de la MQ des observables, c’est une projection supplémentaire qu’on fait dans l’espace de Hilbert. Donc l’observable qui donne la corrélation, donne en fait l’état quantique des paires de photons avant même leur détection dans les polariseurs. Voilà mon avis mais je me trompe peut-être…

      • bonjour Jeanmarc421, merci de votre intérêt pour cette question.
        le corrélateur ou circuit de coïncidence est un circuit électronique qui opère sur des signaux (signaux pour les ingé, = fonction d’onde pour les phys.), ces signaux ne sont pas mesures, un signal est une amplitude et une phase et n’a pas d’unité, la mesure est un nombre réel accompagnée d’une unité de mesure et sont les valeurs propres d’une observable qui modélise un appareil, ces observables sont des matrices qui opèrent sur les vecteur d’état ou fonction d’onde ou encore signaux exactement comme dans une expérience un appareil opère sur les signaux (amplitude et phase) qui circulent d’un appareil à un autre. Pour obtenir une mesure d’un signal, un technicien va utiliser selon le type de signal , électrique, sonore, lumineux, etc… un voltmètre ou autre appareillage pour mesurer une valeur numérique munie d’une unité, Volt Ampère Watt etc… Tout ceci pour bien distinguer le signal (fct d’onde) de la mesure. Pour en revenir aux expériences EPR , on se sert d’une source d’état dit singulet , on remarque d’abord la présence d’un signe + ou – selon le type de problème (spin ou polar). Ce signe, qui est une phase 0 ou pi en complexe, a toute son importance. Si on le perd en route tout se casse la figure. On comprend déjà que si on opère sur les mesures, et non les signaux, on perd ce signe et tout se casse la figure, c’est déjà un premier point.
        Ensuite, les photons (mauvaise habitude car je devrais dire signaux) issus de cette source passent dans un polariseur , le polariseur est un appareil décrit par une observable, une matrice 2×2, qui opère sur des signaux, 2 états de polar en entrée et 2 en sortie , ces 2 signaux s1 & s2 sont éventuellement amplifiés par des photo multiplicateur et puis ils sont mis en coïncidence avec les 2 autres signaux s1′ & s2′ venus de l’autre branche. On peut considérer que l’opération de mise en coïncidence correspond mathématiquement à un produit scalaire hilbertien des signaux complexes de chaque voix, on a donc 4 produits différents s1*s1′, s1*s2′, s2*s1′, s2*s2′, je ne fais que traduire mathématiquement ce qui est fait dans la réalité des expériences EPR. Si on considère que s1 et s2 (resp. s1′ s2′) caractérise un vecteur d’état |Psi1> (resp. |Psi2> et si on associe la mesure +1 (corrélé) à s1*s1′ et à s2*s2′ et -1 (anticorrélé) à s1*s2′ et s2*s1′ , on va trouver que la moyenne des mesure est égal au produit scalaire =cos(t1-t2).
        Pour résumer , je pense que les expériences EPR ont une base tout à fait locale réaliste, simplement il vaut mieux parler de signaux (phase amplitude) d’une expérience, exactement comme le fait déjà la MQ rien de plus, et non de particules ou de gâteaux :-).
        En somme le modèle des particules conduit à un réalisme incohérent et faux en physique quantique, amha.
        Je vous remercie de m’avoir écouté. Cdlt.

  10. Super vidéo.

    Je connaissais les inégalités de Bell (je ne prétend pas comprendre le raisonnement mathématique derrière) et l’expérience d’Alain Aspect, mais je ne connaissais pas cette expérience. Elle est vraiment très intéressante !

    En tout cas, c’est très bien ! bravo !

  11. Bonjour,

    Après avoir vu la vidéo ainsi que le billet il me reste une question qui me turlupine:
    – Comment se fait-il que dans notre expérience des gâteaux, seul le paramètre gout a une influence « à distance » sur la paire de gâteaux? Tandis que le paramètre magnésium n’a pas l’air de n’en avoir aucune.
    Ou bien j’ai raté une information sur le fait du pourquoi les expériences mg/mg et gout/gout non pas le même résultat.

  12. « Mais dans le fond ça n’est pas très important, car d’autres expériences se basent sur des version du théorème de Bell pour lesquelles on n’a pas vraiment besoin de l’hypothèse du réalisme, et ces expériences prouvent donc le caractère non-local des interactions physiques. »

    J’avoue que ça m’a fait lever les sourcils, à quelle expérience ce paragraphe fait-il référence?

    • Dans la version « initiale » du théorème de Bell, celui-ci se base sur l’expérience de pensée EPR (dans sa version de Bohm, donc avec les spins). Puisqu’on a une (anti)-corrélation parfaite dans l’état singlet, si on suppose la localité on peut déduire (plutôt que postuler) que les mesures préexistent.

      • Bonjour David , tout d’abord, merci pour votre très bonne video.
        Je ne comprends pas qu’on puisse dire qu’une mesure existe avant qu’elle ne soit faite. Par contre, on peut à la limite dire avec réalisme suivant les principes de la MQ de Bohr qu’un état du syst quantique existe avant et après la mesure, que l’opération de mesure transforme l’état quantique de façon irréversible se traduisant par une perte d’information. Cdlt.

    • en effet je n’avais pas vu. abandonner la localité c’est abandonner la relativité, attention aux yeux! j’ai l’impression qu’il y a une déconnexion entre l’expérimentateur, souvent un ingénieur, et le physicien théoricien. J’ai l’impression que la fonction d’onde, la détection, la mesure n’ont pas le même sens pour les 2 personnes, pourtant quand on fait une expérience il est assez fondamental de comprendre à quoi correspond chaque opération de la théorie, ce qui explique, amha, les conclusions hallucinantes auxquelles on arrive actuellement en physique théorique et pourtant les ingénieurs font tourner super bien les techno à base de traitement du signal(fonction d’onde) comme internet (ADSL par ex ) de façon locale et tout à fait réaliste.

  13. Bonjour,

    Merci pour l’ensemble de votre travail de vulgarisation.

    J’ai l’impression qu’il y a des biais lorsqu’on arrive à la conclusion d’au moins 9%.
    Et cela en dehors de toutes considérations liées à la physique quantique ou non.

    Si le fait d’avoir du magnésium assure le bon goût alors effectivement il y aurait au moins 9% de cas avec 2 bons gâteaux.
    Tous ceux avec du magnésium plus d’éventuels sans magnésium.

    Mais ici quand l’un a du magnésium l’autre est bon. Cela n’indique rien sur le fait que celui qui est bon l’est par présence de magnésium.

    Enfin si dans 9% des cas les 2 ont du magnésium, ils peuvent très bien être tout les 2 mauvais ou bien encore qu’un seul soit bon.
    Hors dans ce cas, les 9% de cas avec 2 gâteaux ayant du magnésium représente 0% de cas avec 2 bons gâteaux.

    Cela implique que la plupart des ensembles de cas considérés sont totalement disjoints. Ce qui suppose un élément déterministe dans la conception des paires de gâteaux.

    Amicalement

  14. Bonjour,

    Déjà j’adore votre chaine et de manière générale la vulgarisation scientifique.
    Les sujets sur la physique quantique, la théorie de relativité, etc. me plaisent beaucoup
    Donc je me lance, voici les questions que je me pose:

    Concernant l’intrication, dans le cas de la paire de Gâteau bon / Gâteau mauvais, ce qui est dit c’est que le premier gâteau gouté informe instantanément l’autre gâteau et peut importe où sont ces gâteaux dans l’univers
    Si c’est instantanément, il y aurait-il donc un temps absolu ?

    Je dis ça en pensant à :
    Un temps absolu qui s’écoule par quantum (une sorte de « longueur de Planck » de temps)
    Et en rapprochant ça de la relativité: le voyageur, à une vitesse proche de la lumière, qui part et revient de la Terre pour 1 heure, et sur celle-ci, il s’est passé 1ans, aurait malgré tout vécu autant de quantum de temps absolu que le Terrien.

    Pour le voyageur, son surplus vitesse aurait compensé sa réduction « temps » apparent (qui ne serait pas vraiment une pas une réduction de temps, mais un mouvement atomique plus lent par exemple)

    Est-ce que mes interrogations ont un sens? Ont-elles été formulées et répondu quelque part?

    Merci

  15. Un monde,un univers qui existe, seulement pour nous…
    Nous ne verrons jamais d’extra-terrestres.
    Un monde rien que pour nos yeux…
    Un Monde-Yeux.
    Avec une « intention  » pour laquelle nous
    sommes les ouvriers inconscients.
    Mettre en équations le fait ,que « le goût »
    des gâteaux,n’exitent pas en dehors de notre système neuronal,nous permet de
    rester dans le calcul…

  16. Merci beaucoup pour votre vidéo,
    Pourriez-vous m’indiquer précisément les angles des polariseurs qui permettent d’obtenir ces résultats ? En effet, en prenant l’observable que j’ai validée avec les résultats du jeu de BELL, j’obtiens la même chose que vous pour les probabilités pour les lignes Mg/Goût & Goût/Goût mais pas pour les lignes Goût/Mg & Mg/Mg. Pour les angles a-b des polariseurs, j’obtiens : 0° (Goût/Goût), +25,4° (Mg/Goût), -10,7° (Goût/Mg) et +14,7° (Mg/Mg) qui donne bien 9% ++, mais 8,35%+-, 28,5% -+ et 54,15%—.
    Merci

    • Je crois avoir trouvé l’erreur, sans doute que l’observable de l’expérience de Hardy n’est pas la même que celle du jeu de BELL, je pense que le |𝛙> de l’expérience de Hardy n’est pas décomposable avec les mêmes états propres.

  17. Super vidéo et billet de blog !
    Vous évoquez la théorie de DeBroglie-Bohm, je me demandais ce que vous pensiez de la position qui consiste à conserver une certaine forme de localité (au niveau ontologique) avec cette théorie, en étant anti-réaliste par rapport à la fonction d’onde ? Certains philosophes de la physique considèrent en effet la fonction d’onde seulement comme un outil mathématique/paramètre dynamique défini par le rôle qu’il exerce dans le changement de la configuration des particules (dans l’équation de guide). Dans ce cadre, la non-localité/l’holisme qu’on retrouve dans la théorie de DeBroglie-Bohm est seulement « dynamique » : le fait d’avoir une seule fonction d’onde pour toutes les particules de l’espace des configurations est juste une caractéristique de la « structure dynamique » de la théorie. Il n’y a pas quelque chose qui est délocalisé de manière instantanée dans l’espace physique, les particules se déplacent toujours de manière continue avec une vitesse déterminée. Il y a certes des « corrélations » entre les mouvements des différentes particules, mais il n’y a rien qui transmette ces corrélations dans l’espace physique.
    Voilà en tout cas la mécanique bohmienne ferait un sujet de vidéo très sympa 🙂

  18. Merci pour cet article qui m’a enfin persuadé que la mécanique quantique n’était pas qu’une histoire de modèle statistique de l’ignorance; pour l’histoire j’ai déjà vu une preuve de violation des inégalités de Bell quand j’étais en cours de « physique et calcul quantique » (cours entre le département info où je suis et le département de physique) mais il y avait dans cette preuve un mélange de moyenne temporelle et spatiale qui (mathématiquement) ne m’a pas plu du tout, alors qu’ici les mathématiques sont claires et je ne trouve rien pour rejeter la conclusion.

  19. Votre vulgarisation est brillante, comme d’habitude, merci 🙂 Par contre, je ne comprends pas bien d’où sort l’idée que les photons n’ont pas de propriétés. Ça n’explique pas pourquoi il y a des corrélations pour certains angles de mesure, alors. Dans cette expérience, ça semble beaucoup plus simple de dire que la polarisation est déterminée au moment de l’interaction (ici de la mesure), ce qui explique qu’il y ait soit des corrélations, soit pas, en fonction de l’angle choisi. Ça revient à dire que la polarisation n’est pas une propriété intrinsèque aux photons, mais c’est quand même une propriété réelle, juste relationnelle (propre à une interaction). Dire que le photon n’a pas de propriétés n’explique pas ses réactions aux mesures, et en plus c’est impossible car pour être appelé « photon », il a besoin d’avoir des propriétés. Il a forcément une charge de 0, un spin de 1, etc., et même probablement une fréquence puisqu’il n’y a pas (à ma connaissance) d’expériences de ce type sur la fréquence.
    Donc si le photon a bien des propriétés et que ce n’est que certaines autres propriétés qui sont remises en question, je ne vois pas bien en quoi on sort du réalisme. Le monde existe toujours et on peut toujours connaître des choses dessus. Une formulation aussi extrême ne risque-t-elle pas d’embrouiller les choses plus que de les clarifier ?

  20. Merci David nous nous rapprochons presque du raisonnement syllogisme et de son contraire le sophisme

    Envoyé de mon iPhone

    >

  21. Bonjour,

    Je duplique ici la question que j’ai posé sur YouTube car je suis impatient d’avoir une réponse.
    Je ne comprend pas où est l’impossibilité logique (c’est donc certainement que je me trompe quelque part mais je veux bien qu’on me le montre svp) :
    Le cuisinier ne peut sortir qu’un seul gateau bon à la fois.
    Et à chaque fois qu’il le fait il met du Magnésium dans l’autre.

    Merci de m’éclairer

    • Oui ça marche pour expliquer une partie des observations! Mais dans certains cas il on mesure du magnésium dans les deux gâteaux, et vu qu’on observe que magnésium dans A -> B est bon (tout le temps) on en conclut que dans ce cas les deux gâteaux sont bons. Sauf que quand on essaye de « trouver » ces cas (=goûter les deux gâteaux) ils ne sont jamais bons les deux! Comment expliquer ça par des préparations du cuisinier? 😉

      • Merci de ta réponse. C’était bien la le bug de mon raisonnement : Pour moi Magnésium dans A -> B bon et Magnésium dans B -> A bon n’incluait pas l’exception Magnésium dans A ET B qui pouvait donner un résultat différent puisqu’il ne peut y en avoir qu’un maximum de bon par pair.

  22. Du coup autre hypothèse : peut-être que si on mange un bon gâteau d’une paire ça « gache » spécifiquement le gout de l’autre gateau de la pair. Sans parler de transmission d’information instantanée. On peut supposer que les paires sont ainsi conçues de base : qu’elle ne peuvent pas être bonne en même temps?

    • Non ce que je dis ne marche pas puisque ce sont 2 personnes différentes qui mangent les 2 gateaux… Du coup je pense que j’arrive enfin à voir le problème 🙂

  23. Bonjour,

    Je suis complètement novice et extérieur à ce domaine, mais j’ai vraiment apprécié votre vidéo !

    Quelqu’un saurait-il m’indiquer un lien ou une réponse à ma question sur l’expérience de pensée du chat : si on ouvre la boîte et qu’on trouve un chat mort, qu’est-ce la théorie indique comme résultat pour le calcul de l’heure de la mort et de l’état plus ou moins avancé de nécrose du chat ?
    Est-ce que chaque ouverture de boîte avec chat mort donnerait une heure de décès différente, imprévisible, située entre « début de l’expérience » et « moment d’ouverture de la boîte » ? Ou alors cela serait systématiquement « ouverture de la boîte » ?

    Merci à tous !

  24. Bonjour,

    Bravo pour cette vidéo. Je connaissais les expériences d’Alain Aspect mais pas celles-ci dont les résultats marquent bien la différence entre les prédictions de la mécanique quantique et une interprétation statistique classique des résultats. Le résultat théorique de Hardy est effectivement un très joli résultat!

    Une interprétation « réaliste non locale » pose aussi problème. Si l’on considère que la relativité restreinte d’Einstein est valide (elle n’a jamais été remise en cause expérimentalement, comme la mécanique quantique), on peut considérer des situations pour lesquelles les deux observateurs sont en mouvement dans des référentiels où chacun d’entre eux considère que c’est l’autre qui fait la première observation et que cet autre envoie le signal « instantanément » au premier: la causalité ne peut pas être définie dans ce cas-là, aucune des deux mesures ne peut être la cause de l’autre (les deux événements ne peuvent pas être reliés causalement, chacun étant extérieur au cône de causalité de l’autre). Pourtant la mécanique quantique prédit les mêmes résultats « troublants » dans cette situation.

    Si l’on accepte que les deux théories de la mécanique quantique et de la relativité restreinte sont toutes les deux « vraies », il faut faut abandonner le « réalisme fort » (l’une des trois hypothèses du fameux article EPR): certaines propriétés des objets quantiques n’existent pas avant que la mesure soit faite, et que ces propriétés dépendent de l’observateur (comme c’est le cas pour les durées temporelles et les distances spatiales avec la relativité restreinte). Cela correspond à l’interprétation relationnelle de la mécanique quantique proposée par Carlo Rovelli.

    Dans le cas de l’expérience de Hardy, il y a une information partagée entre les deux observateurs qui n’a pas besoin de voyager plus vite que la lumière et qui suit les deux systèmes observés (les deux gâteaux): c’est l’information sur la corrélation entre les deux gâteaux, qui interdit la possibilité de mesurée un bon goût pour les deux à la fois. À cause de cette corrélation, si un des observateur mesure un bon goût il sait alors que, si l’autre observateur mesure le goût, il trouvera un mauvais goût avec une probabilité de 100%. Mais si l’autre observateur fait une autre mesure, il trouvera un résultat avec une certaine probabilité que permet de calculer l' »état quantique ». Je suis plutôt « épistémique »: l’état quantique n’a pas de réalité physique mais forme un outil mathématique qui permet de calculer des probabilités sur ce que l’on peut observer (mesurer) dans la réalité.

  25. Bonjour,

    j’adore vos vidéos… j’ai l’impression de comprendre… puis je lis les commentaires et alors là, je déchante : des très calés chipotent, et ceci et cela… C’est bien, ils ont raison… Ce sont de vrais scientifiques qui doutent, questionnent. Personnellement, je ne suis pas loin de penser que la mécanique quantique est une vaste fumisterie. Ben oui ! on est ou est pas et pis c’est tout… Ok, je sors…
    Continuez David, c’est un régal, merci !

  26. Cher David et les gâteaux quantiques J’adore vos histoires et vos explications et bien que complètement ignare en la matière je vais me risquer à vous proposer une petite solution et vous me ferez part si vous vous avez 5 minutes à perdre de mon erreur En fait quand vous créez la particule quantique c’est comme si vous mettiez a un miroir devant ce qui fait que dès que vous touchez à a un réel l’image le représente aussi À tout hasard merci d’avance Leon

  27. Bonsoir.

    La « counterfactual definiteness » dont vous parlez est parfois rendue par « netteté contrefactuelle » ; pour vos lecteurs, elle est liée au concept de déterminisme appliqué à l’expérimentateur lui-même qui, pour certains, ne serait pas aussi libre d’expérimenter qu’il le croirait… Il n’y aurait pas de sens à parler de ce qui se serait passé si on avait […] vu qu’on n’a pas […].
    Un genre de « superdéterminisme » !

  28. Je cite : « … l’autre est forcement bon puisque les probas […] sont de 0. »
    Je suppose que « forcément » est à remplacer par « presque sûrement » comme en probas continues ?
    Ou bien en physique « proba 0 » est-il vraiment synonyme de « impossible » comme en probas discrètes ?

  29. Et si une nouvelle conception du temps pouvait régler les phénomènes peu compréhensibles touchant au contenu de l’Univers et surtout au monde subatomique ! Je propose un Univers à la fois fractal (ce n’est pas nouveau) mais surtout une forme de temps qui rend notre environnement stroboscopique, et est génératrice de la masse (qui pour l’instant n’est qu’un concept). Dans ce cadre tout devient clair, et l’on s’aperçoit que nous sommes tous sujets à des effets tout à fait normaux. Dans mon exposé (vulgarisé) « A la recherche du temps perçu », je cite plusieurs cas.
    Pour ce qui est la superposition, vous verrez que vous saurez si le chat est mort ou vivant au moment où vous ouvrez la boîte c’est à dire au moment où vous arrêterez le stroboscope. L’utilisation des statistiques deviennent indispensables dans un milieu stroboscopique, particulièrement dans le monde subatomique en raison des 3 dimensions spatiales réduites.
    Dans le macro monde vous verrez aussi pourquoi la matière noire n’est qu’un artéfact.
    Si ce sujet vous intéresse : http://www.universstrobofractal.fr

  30. Pour tous ceux qui cherchent à avoir des explications solides et cohérentes à toutes les énigmes (physiques) de notre univers, je ne vois pas mieux que la  » cosmologie-oscar.com « .
    Ce modèle doit déranger toutes les chapelles scientifiques, car aucun scientifique m’en parle jamais…

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