Récemment un article est paru dans diverses revues rapportant la téléportation d’un photon dans l’espace, par exemple dans The Guardian, SapereScienza ou Futura Sciences. L’article d’origine peut être trouvé ici.
Le point que je tiens à souligner ici est que tous ceux qui s’imaginent déjà une téléportation à la Star Trek seront fort déçus. Il ne s’agit absolument pas de cela ni même d’un phénomène s’en approchant.
Essayons donc de comprendre un peu mieux ce qu’il en est réellement. Nous éviterons tout formalisme mathématique (même si cela rend le choses plus difficiles, en fait) et nous tenterons d’expliquer de la manière la plus simple possible ce que l’on entend par téléportation, tout en restant précis en ce qui concerne la physique.
En préliminaire, nous devons définir plus précisément certains points :
- Dans ces expériences, nous parlons de particules individuelles. Dans les véritables expériences on utilise des photons dont on prend la propriété la plus facilement mesurable en compte: le spin, qui ne peut prendre que deux valeurs notées par « haut » et « bas ».
- Un état intriqué est un état quantique où deux particules ont une relation particulière entre elles sans que leurs variables n’aient une valeur spécifiques. Par exemple, dans un état intriqué nous pouvons savoir que deux photons 1 et 2 ont un spin opposé, mais n’avoir aucune idée de la valeur réelle du spin de ces particules individuelles.
- Si, dans l’exemple ci-dessus, nous effectuons une mesure sur le spin de la particule 1 et que la valeur est « haut », alors instantanément la particule 2 aura la valeur « bas », sans qu’aucune action ne soit effectuée sur la particule 2 et aucun signal échangé.
Considérant les informations ci-dessus, nous allons maintenant essayer de comprendre ces fameuses expériences de téléportation. On appellera, suivant la littérature scientifique, Alice le transmetteur et Bob le récepteur.
Alice veut « téléporter » un photon X à Bob, dont elle ne connaît pas exactement l’état. La première chose qu’Alice doit faire est de créer un état intriqué de deux photons (appelés 1 et 2). Alice garde le photon 1 et envoie à Bob le photon 2. Supposons que les deux photons 1 et 2 ont un spin opposé.
Alice crée maintenant un état intriqué du photon X qu’elle veut transférer avec le photon 1. Supposons que la relation entre les photons X et 1 est que les deux photons ont un spin opposé. Dans ce cas, à la création de l’état intriqué, le photon 1 sera forcé à assumer le spin opposé à celui du photon X (quel qu’il soit) et, par conséquent, le photon 2 assumera immédiatement et sans communication le même spin que X. L’état du photon X d’Alice a été ainsi téléporté vers le photon 2 de Bob.
Voici globalement le principe de fonctionnement. Dans la réalité, la situation est différente et plus complexe. La théorie montre que lorsque Alice crée l’état intriqué entre le photon X et le photon 1, il y a 4 résultats possibles (à savoir, il y a 4 états intriqués possible entre X et 1). Cela signifie que la relation entre le photon X et le photon 1 d’Alice est inconnue jusqu’à ce que l’on ait mesuré quel état de ces 4 états intriqués possibles a été effectivement obtenu. Les informations sur l’état du photon X est en quelque sorte déjà à disposition de Bob sur le photon 2, mais Bob ne sait pas encore les lire pour obtenir le résultat exact. Si Bob décide de lire son photon maintenant, il aura seulement 25% de chance d’avoir le résultat correct. Alice doit donc envoyer des informations supplémentaires à Bob concernant l’état obtenu parmi les 4 possibles, de manière à pouvoir appliquer la transformation appropriée (par exemple, si Bob doit inverser ou non le spin lu) et obtenir la bonne valeur pour son photon 2. C’est seulement maintenant que l’information du photon 2 de Bob sera la même que le photon X d’Alice. Cette information doit être envoyée par un canal indépendant classique, par exemple un appel téléphonique, une lettre, un pigeon voyageur … ou un message radio par ondes électromagnétiques (photons).
Ainsi, l’état du photon X d’Alice est bien téléporté sur le photon 2 de Bob, mais seulement après l’« appel téléphonique » d’Alice (à savoir, jamais à une vitesse superluminique). Par conséquent, il n’y a pas de téléportation « instantanée » de la matière. La téléportation ne s’effectue jamais à une vitesse superluminique et reste liée à la vitesse des communications classiques. C’est exactement le même résultat que si Alice transportait son photon X directement à Bob.
Quel est alors l’intérêt de ces expériences ? Il est essentiellement technique, du moins pour le moment:
- On crée et on applique concrètement un phénomène typiquement quantique: les états intriqués.
- L’envoi sur grande distance d’états intriqués sans avoir décohérence, à savoir sans perte de l’état intriqué. Dans la dernière expérience rapportée dans ces articles, les chercheurs ont atteint une distance d’environ 1200 km (le précédent record étant de 143 km) et pour la première fois dans l’espace, réalisant une liaison Terre-satellite, ce qui représente un exploit remarquable.
- Les applications potentielles dans le champ de la cryptographie quantique.
Pour en savoir plus sur la téléportation quantique, je vous invite à commencer par les articles suivant :
Harnessing Quanta: Quantum Teleportation
Experimental Quantum Teleportation
Cette publication est également disponible en it_IT.