Une impulsion laser a rebondi sur un atome de rubidium et est entrée dans le monde quantique - prenant la physique étrange du "chat de Schrödinger". Puis un autre a fait la même chose. Ensuite un autre.
Les impulsions laser n'ont pas poussé de moustaches ou de pattes. Mais ils sont devenus comme le célèbre chat de Schrödinger expérimentant la pensée quantique: ils étaient de grands objets qui agissaient comme les créatures mortes et vivantes de la physique subatomique - existant dans un limbe entre deux états simultanés et contradictoires. Et le laboratoire en Finlande où ils sont nés n'avait pas de limite sur le nombre qu'ils pouvaient faire. Impulsion après impulsion, elle est devenue une créature du monde quantique. Et ces "chats quantiques", bien qu'ils n'aient existé qu'une fraction de seconde à l'intérieur de la machine expérimentale, avaient le potentiel d'être immortels.
"Dans notre expérience, le a été envoyé au détecteur immédiatement, il a donc été détruit juste après sa création", a expliqué Bastian Hacker, chercheur au Max Planck Institute of Quantum Optics en Allemagne, qui a travaillé sur l'expérience.
Mais ce n'était pas forcément le cas, a expliqué Hacker à Live Science.
"Un état optique peut vivre pour toujours. Donc, si nous avions envoyé le pouls dans le ciel nocturne, il pourrait vivre des milliards d'années dans son état."
Cette longévité fait partie de ce qui rend ces légumineuses si utiles, a-t-il ajouté. Un chat laser à longue durée de vie peut survivre à un voyage à long terme à travers une fibre optique, ce qui en fait une bonne unité d'information pour un réseau d'ordinateurs quantiques.
Chat quantique, mort et vivant
Alors qu'est-ce que cela signifie de faire une impulsion laser comme le chat de Schrödinger? Tout d'abord, le chat n'était pas un animal de compagnie. C'était une expérience de pensée que le physicien Erwin Schrödinger a proposé en 1935 pour souligner le caractère déraisonnable de la physique quantique que lui et ses collègues découvraient alors à peine.
Voici comment cela se passe: la physique quantique dicte que, dans des conditions particulières, une particule peut avoir deux traits contradictoires en même temps. Le spin d'une particule (une mesure quantique qui ne ressemble pas tout à fait au spinning que nous voyons à l'échelle macro) pourrait être "haut" tout en étant "bas". Ce n'est que lorsque son spin est mesuré que la particule s'effondre dans un sens ou dans l'autre.
Les physiciens ont plusieurs interprétations de ce comportement, mais la plus populaire (appelée interprétation de Copenhague) dit que la particule ne tourne pas vraiment vers le haut ou vers le bas avant d'être observée. Jusque-là, c'est dans une sorte de monde enfoui entre les États, et ne décide de l'un ou de l'autre que lorsqu'il est contraint par un observateur extérieur.
Schrödinger a remarqué que cela avait des implications bizarres.
Il a imaginé une boîte en acier opaque, contenant un chat, un atome et une fiole en verre scellée de gaz toxique. Si l'atome se décomposait (une possibilité, mais pas une chose sûre, grâce à la mécanique quantique), un mécanisme dans la boîte briserait le verre, tuant le chat. Si l'atome ne se décomposait pas, le chat vivrait. Laissez le chat dans la boîte pendant une heure, a déclaré Schrödinger, et le chat se retrouverait dans une "superposition" entre la vie et la mort.
Le problème, impliquait-il, est que cela n'a aucun sens.
Et pourtant, le chat de Schrödinger est devenu une sorte de raccourci utile pour les choses à grande échelle qui obéissent aux lois de la physique classique, mais interagissent avec des objets quantiques de sorte qu'ils n'ont ni un trait ni un tout autre.
Dans la nouvelle expérience, décrite dans un article publié le 14 janvier dans la revue Nature Photonics, les chercheurs ont créé des impulsions laser qui se superposent entre deux états quantiques possibles. Ils ont appelé les petites impulsions "des états de chat optiques volants".
Pour les fabriquer, ils ont d'abord confiné l'atome de rubidium dans une cavité entre deux miroirs de seulement 0,02 pouce (0,5 millimètre) de large (environ la largeur d'un grain de sel). L'atome peut être dans l'un des trois états: deux états "fondamentaux" ou un état "excité". Lorsque la lumière est entrée dans la cavité, elle s'est emmêlée avec l'atome, ce qui signifie que son état était fondamentalement lié à l'état de l'atome.
Puis, lorsque l'impulsion lumineuse a frappé un détecteur de lumière, elle avait des signes révélateurs d'intervalle, ni agissant entièrement comme si elle était enchevêtrée avec une sorte d'atome ou une autre. C'était un chat volant fait de lumière.
Cet entre-deux était lié à la position des ondes lumineuses, a expliqué Hacker. Après avoir jeté un coup d'œil sur l'atome, la lumière a continué à se déplacer dans l'espace comme une vague: colline et vallée, colline et vallée.
Mais il est devenu incertain si à un moment donné la vague de lumière atteignait le sommet d'une colline ou descendait dans une vallée, a déclaré Hacker à Live Science.
La lumière a agi comme si elle avait au moins deux ondes différentes qui la composent, chacune une image miroir de l'autre.
(En réalité, la lumière pourrait avoir encore plus de formes possibles: son onde avait toujours au moins une chance d'occuper tous les points entre le sommet d'une "colline" et le bas d'une "vallée". Mais deux ondes en miroir représentaient la deux états très probablement incertains.)
Les chercheurs ont déclaré que cette capacité d'envoyer des chats en mouvement d'un endroit à un autre pourrait être utile pour le réseautage quantique. C'est parce que la mise en réseau quantique dépendra probablement de l'envoi de lumière entre les ordinateurs quantiques, a déclaré Hacker, plutôt que de l'électricité.
"La chose la plus simple à envoyer serait des photons simples, mais lorsqu'ils se perdent, leurs informations transportées disparaissent", a-t-il déclaré. "Les états de chat peuvent coder des informations quantiques d'une manière qui permet de détecter les pertes optiques et de les corriger. Bien que chaque transmission optique ait des pertes, les informations peuvent être transmises parfaitement."
Cela dit, il y a encore du travail à faire. Alors que les chercheurs ont pu créer les chats "de façon déterministe", ce qui signifie qu'un chat émergeait chaque fois qu'ils effectuaient leur expérience, les chats n'ont pas toujours survécu au court voyage vers le récepteur de lumière. L'optique est délicate, et parfois la lumière s'est éteinte avant d'y arriver.
De plus, une personne raisonnable pourrait se demander si ces impulsions lumineuses comptent vraiment comme des chats de Schrödinger. Ce sont certainement des objets classiques - ce qui signifie qu'ils suivent les lois déterministes des objets à grande échelle - mais les chercheurs ont reconnu dans le document qu'à une échelle de seulement quatre photons, le laser était au bord de l'échelle macroscopique et quantique; et donc on pourrait dire qu'ils sont macroscopiques selon la plus large des définitions.
"En effet, peu de photons ne sont rien près d'un objet macroscopique du monde réel", a déclaré Hacker. "Le point des impulsions optiques cohérentes comme celles que nous avons utilisées est que l'amplitude peut être augmentée en continu sans aucune limite fondamentale."
En d'autres termes, bien sûr, ce sont de minuscules chats. Mais il n'y a aucune raison pour que la même idée de base ne puisse pas être utilisée pour fabriquer des félins géants Schrödinger.
Mais les chercheurs étaient finalement confiants dans l'utilisation de ce terme, et "l'état de chat volant optique" a un son.
