L'intrication ne permet pas de téléphoner plus vite que la lumière

Vous l'avez forcément entendu : mesurez une particule ici, et sa jumelle, à l'autre bout de la galaxie, « sait » immédiatement ce qui s'est passé. Plus vite que la lumière. Einstein n'y croyait pas. Les expériences lui ont donné tort. Et pourtant, aucun message ne passe. Les trois phrases sont vraies en même temps, et c'est ça qui est difficile.

1935, Einstein pose un piège

Einstein, Podolsky et Rosen publient en 1935 un article resté célèbre sous le nom d'EPR. Ils imaginent deux particules créées ensemble, de telle sorte que leurs propriétés soient liées : si l'une a un spin vers le haut, l'autre l'a vers le bas. On les sépare. On mesure la première. La théorie quantique dit que son spin n'était pas déterminé avant la mesure. Mais alors, la seconde particule, qui peut être n'importe où, doit prendre instantanément la valeur opposée. Pour Einstein, c'est absurde. Donc la théorie est incomplète : les particules avaient leurs valeurs depuis le début, et la mécanique quantique ne fait qu'ignorer ces « variables cachées ».

C'est l'argument des gants. Vous mettez un gant droit et un gant gauche dans deux boîtes, vous en envoyez une à Tokyo. Vous ouvrez la vôtre : gant gauche. Vous savez immédiatement que celui de Tokyo est droit. Rien de mystérieux, rien n'a voyagé. L'information était dans la boîte depuis le départ.

1964, Bell trouve comment trancher

Pendant trente ans, le débat reste philosophique. Puis John Bell, un physicien irlandais du CERN, montre en 1964 qu'on peut le tester. Si les particules ont vraiment leurs valeurs depuis le départ, comme les gants, alors certaines corrélations entre les mesures ne peuvent pas dépasser une limite précise. C'est l'inégalité de Bell. La mécanique quantique prédit qu'on la dépasse.

Alain Aspect fait l'expérience à Orsay en 1982, avec des photons et des détecteurs dont l'orientation change pendant que les photons sont en vol, pour qu'aucun signal ne puisse les coordonner. L'inégalité est violée. Les expériences suivantes, de plus en plus propres, confirment. Aspect, Clauser et Zeilinger reçoivent le Nobel en 2022 pour ça. Les gants, c'est fini : les particules n'avaient pas de valeur avant la mesure, et pourtant leurs résultats sont corrélés comme si elles s'étaient parlé.

Pourquoi ça ne fait pas un téléphone

Voilà le point que les vulgarisations ratent. Mettez-vous à la place de la personne qui mesure la particule à Tokyo. Elle obtient un résultat : haut ou bas. Au hasard, une chance sur deux. Elle mesure la suivante : haut ou bas, au hasard. Elle ne voit qu'une suite de résultats aléatoires. Rien, dans cette suite, ne lui dit si vous avez mesuré votre particule, ni quand, ni comment. Elle ne peut pas faire la différence entre un monde où vous avez mesuré et un monde où vous n'avez rien fait.

La corrélation n'apparaît que lorsque vous comparez vos listes. Et pour les comparer, il faut vous les envoyer, par téléphone, par courrier, par un signal qui va au plus à la vitesse de la lumière. L'intrication produit des coïncidences, pas des messages. C'est un théorème, pas une limitation technique : on l'appelle le théorème de non-communication, et il découle directement des équations de la théorie.

Je ne peux pas croire sérieusement à la théorie quantique, parce qu'elle est incompatible avec l'idée que la physique doit représenter une réalité dans le temps et l'espace, sans action fantomatique à distance.

Albert Einstein, lettre à Max Born, 1947

Ce qu'il faut garder

Einstein avait tort sur les variables cachées. Il avait raison sur une chose : la physique ne permet pas d'envoyer une influence plus vite que la lumière, et l'intrication ne viole pas ça. Ce qu'elle viole, c'est une idée plus discrète : que deux objets éloignés ont chacun, séparément, un état complet. Deux particules intriquées ne sont pas deux objets avec une connexion. C'est un seul objet qui occupe deux endroits.

C'est moins spectaculaire que la téléportation et beaucoup plus dérangeant. Personne n'a trouvé comment en faire un téléphone. On en fait aujourd'hui des clés de chiffrement et des ordinateurs. Et on ne sait toujours pas très bien ce que ça dit du monde.