Une équipe de chercheurs explique avoir utilisé un atome artificiel pour montrer qu’il est possible de garder le chat de Schrödinger en vie indéfiniment, mais aussi d’accélérer sa disparition sans avoir à regarder dans la boîte.

Vous avez sans doute entendu parler de ce « chat ». Erwin Schrödinger, l’un des piliers de la physique quantique, imaginait en 1935 l’expérience de pensée suivante (une expérience de pensée, c’est se poser la question : que se passerait-il si…) : si l’on enferme son chat dans une boîte close contenant un poison qui tue l’animal dès qu’il détecte la désintégration d’un atome d’un corps radioactif (événement aléatoire, impossible à prédire), que se passerait-il ? De l’extérieur, on ne peut pas savoir ce qui se passe dans la boîte. En d’autres termes, le chat dans la boîte peut vivre ou mourir sans que l’on sache ce qui se passe depuis l’extérieur.

Ainsi le chat peut être mort et vivant, jusqu’à ce que nous regardions dans la boîte. Mais il y a une torsion. Savez-vous que si vous regardez dans la boîte assez souvent, des milliers de fois par seconde, vous pouvez soit retarder l’issue fatale, soit inversement, l’accélérer ? L’effet « retard » est connu sous le nom d’effet quantum Zeno et l’accélération comme l’effet anti-Zénon quantique. L’effet zéno quantique a été nommé par analogie avec le paradoxe de la flèche, conçu par le philosophe grec Zénon : à tout instant donné, une flèche en vol est immobile. De même, si un atome pouvait être mesuré continuellement pour voir s’il est encore dans son état initial, il se trouverait toujours dans cet état.

Mais concrètement, comment ça marche ? Comment la mesure peut-elle retarder ou accélérer la désintégration de l’atome radioactif ? Selon une étude, la réponse est que pour obtenir des informations sur un système quantique, le système doit être fortement couplé à l’environnement pendant une courte période de temps. Ainsi, l’objectif de mesure est d’obtenir des informations, mais le couplage fort à l’environnement signifie que l’acte de mesure perturbe également nécessairement le système quantique. Mais que faire si le système a été perturbé, mais qu’aucune information n’a été transmise au monde extérieur ? Que se passerait-il alors ? L’atome pourrait-il encore exhiber les effets Zeno et anti-Zeno ?

L’équipe de Kater Murch, de l’Université de Washington à St.Louis, a récemment exploré ces questions avec un atome artificiel appelé qubit. Pour tester le rôle de la mesure dans les effets de Zeno, ils ont conçu un nouveau type d’interaction de mesure qui perturbe l’atome, mais n’apprend rien à son état. Ils appellent ça des « quasi-mesures ». Ils rapportent ainsi dans le numéro du 14 juin 2017 des Physical Review Letters que ces « quasi-mesures » provoquent des effets Zeno, à l’instar des mesures habituelles. Cela signifie que c’est la perturbation de la mesure et non la mesure réelle elle-même qui donne lieu à l’effet Zeno et à l’effet anti-Zéno. Potentiellement, cette nouvelle compréhension de la nature de la mesure dans la mécanique quantique pourrait conduire à de nouvelles façons de contrôler les systèmes quantiques.

Mais alors, qu’est-ce que tout cela signifie pour ce pauvre chat de Schrödinger ? « L’effet Zeno indique que si nous vérifions l’état du chat assez souvent, nous réinitialisons l’horloge de désintégration de l’atome, en gardant le chat en vie », a déclaré le chercheur Patrick Harrington, qui a participé à l’étude. « Et parce que les effets Zeno ont trait à la perturbation et non à l’information, il n’est même pas nécessaire de regarder à l’intérieur de la boîte pour les provoquer. Les mêmes effets se produiront si vous secouez la boîte ».

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