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Vue d’artiste d’un système de génération de deux photons intriqués.
En mécanique quantique, l’intrication quantique, ou enchevêtrement quantique, est un phénomène dans lequel deux particules (ou groupes de particules) forment un système lié et présentent des états quantiques dépendant l’un de l’autre quelle que soit la distance qui les sépare. Un tel état est dit « intriqué » ou « enchevêtré » parce qu’il existe des corrélations entre les propriétés physiques observées de ces particules distinctes : cet état semble contredire le principe de localité. Ainsi, deux objets intriqués O1 et O2 ne sont pas indépendants même séparés par une grande distance, et il faut considérer {O1+O2} comme un système unique. …
Cette observation est au cœur des discussions philosophiques sur l’interprétation de la mécanique quantique. Elle est en effet contraire au principe de réalisme local défini par Albert Einstein.
L’intrication quantique a des applications potentielles dans les domaines de l’information quantique, tels que la cryptographie quantique, la téléportation quantique ou l’ordinateur quantique.
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Le caractère surprenant des états intriqués a pour la première fois été souligné par Einstein, Podolsky et Rosen dans un article de 1935 qui tentait de montrer que la mécanique quantique était incomplète. Dans cet article, les auteurs décrivent une expérience de pensée qui restera connue comme le paradoxe EPR. Mais ce qu’Einstein a nommé « action fantôme à distance (en) » parce qu’il n’y croyait pas, a été largement vérifié et confirmé par les physiciens1.
L’expérience d’Alain Aspect est la première expérience montrant la violation des inégalités de Bell, établissant un résultat irréfutable en vue de la validation du phénomène d’intrication quantique et des hypothèses de non-localité. Des expériences démontrant ce phénomène ont ensuite été réalisées sur des distances de plus en plus grandes depuis les années 1970 :
en 2013, l’intrication a été prouvée sur deux électrons séparés de 1 300 mètres ;
en 2017, Juan Yin et al. (université des sciences et des technologies de Hefei, en Chine) ont envoyé des photons intriqués depuis le satellite QUESS (Quantum Experiments at Space Scale), orbitant à 500 km, vers des stations terrestres séparées de 1 203 kilomètres — Delingha, dans le nord du plateau tibétain et l’observatoire Gaomeigu de Lijiang2,3.
L’équipe d’Eli Megidish a réalisé des expériences entre 2012 et 2013 montrant qu’en plus de la dimension spatiale, l’intrication avait aussi lieu dans le temps : à partir d’une paire de photons intriqués, ils ont mesuré l’un d’eux (noté 1) ce qui l’a fait disparaître, puis le second photon (noté 2) a interagi avec un photon d’une autre paire intriquée (noté 3) ; ils ont démontré qu’il existait une corrélation entre le photon 1 et le second photon de la deuxième paire (noté 4). Les photons 1 et 4 n’ont jamais coexisté, ce qui prouve que la non-localité s’applique aussi dans le temps4.
En 2016, trois chercheurs du laboratoire de la mémoire quantique à l’université de Varsovie ont annoncé avoir réussi à intriquer un photon avec un objet macroscopique constitué de 1 000 milliards d’atomes de rubidium. La diffusion de photons uniques sur ce groupe d’atomes permet de retrouver leur état quantique à l’aide d’une caméra sophistiquée capable de restituer l’information contenue dans ces photons. L’information répartie sur un grand nombre d’atomes est conservée même si l’un d’entre eux est enlevé. Une seconde expérience a permis de construire ainsi une sorte de mémoire quantique, stockant 12 photons, sur une durée de plusieurs microsecondes5.
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