Il peut y avoir un moyen de se faufiler un pic au chat de Schrödinger - la célèbre expérience de pensée féline qui décrit le comportement mystérieux des particules subatomiques - sans tuer de façon permanente l'animal (hypothétique).
Le chat malchanceux et imaginaire est à la fois vivant et mort dans une boîte, ou existe dans une superposition d'états "morts" et "vivants", tout comme les particules subatomiques existent dans une superposition de plusieurs états à la fois. Mais regarder à l'intérieur de la boîte change l'état du chat, qui devient alors vivant ou mort.
Maintenant, cependant, une étude publiée le 1er octobre dans le New Journal of Physics décrit un moyen de potentiellement jeter un œil au chat sans le forcer à vivre ou à mourir. Ce faisant, il fait progresser la compréhension des scientifiques de l'un des paradoxes les plus fondamentaux de la physique.
Dans notre monde ordinaire à grande échelle, regarder un objet ne semble pas le changer. Mais zoomez suffisamment, et ce n'est pas le cas.
"Nous pensons normalement que le prix à payer pour la recherche n'est rien", a déclaré l'auteur principal de l'étude, Holger F. Hofmann, professeur agrégé de physique à l'Université d'Hiroshima au Japon. "Ce n'est pas correct. Pour regarder, il faut avoir de la lumière, et la lumière change l'objet." En effet, même un seul photon de lumière transfère l'énergie loin de ou vers l'objet que vous regardez.
Hofmann et Kartik Patekar, qui était un étudiant de premier cycle invité à l'Université d'Hiroshima à l'époque et qui est maintenant à l'Institut indien de technologie de Bombay, se sont demandé s'il y avait un moyen de regarder sans «payer le prix». Ils ont atterri sur un cadre mathématique qui sépare l'interaction initiale (en regardant le chat) de la lecture (en sachant s'il est vivant ou mort).
"Notre principale motivation était de regarder très attentivement la façon dont une mesure quantique se produit", a déclaré Hofmann. "Et le point clé est que nous séparons la mesure en deux étapes."
Ce faisant, Hoffman et Patekar sont en mesure de supposer que tous les photons impliqués dans l'interaction initiale, ou jeter un œil au chat, sont capturés sans perdre aucune information sur l'état du chat. Donc, avant la lecture, tout ce qu'il y a à savoir sur l'état du chat (et sur la façon dont le regarder l'a changé) est toujours disponible. Ce n'est que lorsque nous lisons les informations que nous en perdons une partie.
"Ce qui est intéressant, c'est que le processus de lecture sélectionne l'un des deux types d'informations et efface complètement l'autre", a déclaré Hofmann.
Voici comment ils ont décrit leur travail en termes de chat de Schrödinger. Supposons que le chat soit toujours dans la boîte, mais plutôt que de regarder à l'intérieur pour déterminer si le chat est vivant ou mort, vous installez une caméra à l'extérieur de la boîte qui peut en quelque sorte prendre une photo à l'intérieur (pour le bien de l'expérience de la pensée, ignorer le fait que les caméras physiques ne fonctionnent pas vraiment comme ça). Une fois la photo prise, l'appareil photo dispose de deux types d'informations: comment le chat a changé suite à la prise de la photo (ce que les chercheurs appellent une étiquette quantique) et si le chat est vivant ou mort après l'interaction. Aucune de ces informations n'a encore été perdue. Et selon la façon dont vous choisissez de "développer" l'image, vous récupérez l'une ou l'autre information.
Pensez à un tirage au sort, a déclaré Hofmann à Live Science. Vous pouvez choisir de savoir si une pièce a été retournée ou si elle est actuellement en face ou en queue. Mais vous ne pouvez pas connaître les deux. De plus, si vous savez comment un système quantique a été modifié et si ce changement est réversible, il est possible de restaurer son état initial. (Dans le cas de la pièce, vous pouvez la retourner.)
"Vous devez toujours perturber le système en premier, mais vous pouvez parfois le défaire", a déclaré Hofmann. En ce qui concerne le chat, cela signifierait prendre une photo, mais au lieu de le développer pour voir clairement le chat, le développer de manière à ramener le chat à son état de limbes mort et vivant.
Fondamentalement, le choix de la lecture s'accompagne d'un compromis entre la résolution de la mesure et sa perturbation, qui sont exactement égales, démontre le document. La résolution se réfère à la quantité d'informations extraites du système quantique, et la perturbation se réfère à la façon dont le système est irréversiblement modifié. En d'autres termes, plus vous en savez sur l'état actuel du chat, plus vous l'avez irrémédiablement modifié.
"Ce que j'ai trouvé surprenant, c'est que la capacité à annuler la perturbation est directement liée à la quantité d'informations que vous obtenez sur l'observable", ou la quantité physique qu'ils mesurent, a déclaré Hofmann. "Les mathématiques sont assez exactes ici."
Bien que des travaux antérieurs aient montré un compromis entre résolution et perturbation dans une mesure quantique, cet article est le premier à quantifier la relation exacte, a déclaré à Michael Live Science Michael dans un e-mail, Michael Hall, physicien théoricien à l'Australian National University.
"Pour autant que je sache, aucun résultat antérieur n'a la forme d'une égalité exacte concernant la résolution et les perturbations", a déclaré Hall, qui n'était pas impliqué dans l'étude. "Cela rend l'approche très nette dans le journal."
