L’image, que vous pouvez observer ci-dessus, est une étrangeté quantique. Elle a été créée en utilisant des photons “entremêlés” et un pochoir de chat. Comme ci ce n’était pas assez étrange, les photons qui ont créé l’image ne se sont jamais approchés du pochoir et les photons qui l’ont frappé ne se sont jamais approchés de l’appareil photo…

Le plus difficile reste à venir…

En projetant des faisceaux laser vert, rouge et jaune en direction d’un détecteur, des chercheurs ont mis en lumière la fameuse idée de la physique connue comme l’expérience de pensée du "chat de Schrödinger".

Pour les physiciens quantiques, le chat de Schrödinger consiste à imaginer un chat, dans une boîte, avec une fiole de poison qui peut le tuer si elle s’ouvre. Au cours d’une période donnée, il y a 50 % de chance que le flacon de poison s’ouvre, et une personne qui ouvre la boîte après un temps donné et regarde le chat pourra ensuite constater qu’il est mort ou vivant.

La plupart des gens diraient que même avant d’ouvrir la boîte, avant de pouvoir voir le chat, il est toujours soit dans un état soit dans l’autre, soit mort ou vivant. Mais d’après la mécanique quantique, ce n’est pas vrai. Dans cette théorie, tant que vous n’avez pas ouvert la boîte, le chat est à la fois mort et vivant, dans ce qui appelé une superposition d’états. Autrement dit, le chat est dans les deux états jusqu’à ce que vous ouvriez la boîte et regardez, et seulement à ce moment-là  l’état du chat prend une certaine valeur (mort ou vivant). L’expérience de pensée a donné naissance à de nombreuses études pour savoir, entre autres choses, quand exactement les états superposés "s”effondrent" en un seul.

Maintenant, les scientifiques de l’Académie autrichienne des sciences ont trouvé un moyen de "regarder" le chat sans vraiment le regarder. Le chercheur Gabriela Lemos et ses collègues ont testé si l’on pouvait utiliser des particules de lumière, appelées photons, qui ne touchent jamais un objet pour voir cet objet malgré tout, en utilisant un effet appelé l’intrication.

Ils ont découvert qu’ils pouvaient en effet voir le chat dans la boîte. Le travail peut aussi aider les physiciens à résoudre ce qu’ils appellent le problème de la mesure, qui est la question de savoir pourquoi les états quantiques prennent des valeurs précises qu’une fois qu’ils sont observés.

L’intrication se produit lorsque deux particules, atomes, photons ou quoi que ce soit d’autre, interagissent d’une certaine façon. Par exemple, si deux photons sont intriqués, alors le photon A aura un état qui reflète l’état de son partenaire intriqué, le photon B. Mais vous ne pouvez pas connaitre l’état exact du photon B en regardant le photon A. Au contraire, le photon B pourrait encore exister dans n’importe lequel des différents états jusqu’à ce qu’il soit examiné. Cependant, les chercheurs peuvent prendre des mesures à partir de plusieurs paires de photons intriqués, puis vérifier si leur corrélation/ intrication tient en regardant leurs partenaires.

Dans la nouvelle expérience, les chercheurs ont projeté un laser à travers une série de séparateurs de faisceau, pour finir dans un détecteur. Le laser, qu’ils ont projeté, était un faisceau vert, et au premier diviseur de faisceau, il a été scindé en deux faisceaux verts, l’un d’entre eux s’est ensuite rendu à un cristal qui a changé la lumière verte en une combinaison de photons rouges et jaunes. Ensuite, le faisceau de lumière rouge et jaune a été séparé en ses composants, avec les photons rouges atterrissant sur la découpe en carton d’un chat pendant que la lumière jaune poursuit sa route dans un dernier diviseur de faisceau. Ce répartiteur envoie la moitié des photons jaunes vers un détecteur et l’autre moitié vers un autre détecteur.

Pendant ce temps, la seconde moitié du faisceau laser vert a été envoyé pour rencontrer le faisceau rouge après son passage à travers la découpe du chat. Les photons rouges et verts combinés ont atteint un second cristal, qui a converti le faisceau vert et rouge en rouge et jaune. Celui-ci est passé par un diviseur de faisceau qui a récupéré les photons rouges, et a envoyé ce second faisceau jaune afin de rencontrer l’autre faisceau jaune au diviseur de faisceau final, qui a divisé les photons entre les deux détecteurs.

Au niveau des détecteurs, les chercheurs ont vu l’image du chat. Ce fut remarquable, car les photons qui ont fait l’image n’avaient jamais touché la découpe de carton. Rappelez-vous, les photons rouges qui ont frappé le pochoir ne se sont jamais rendus au détecteur et les jaunes ceux qui se sont dirigés vers le détecteur n’ont jamais frappé la découpe.
L’image du chat a été faite à partir des photons jaunes parce qu’ils étaient intriqués à des photons rouges. Vous ne pouvez pas dire que ce photon jaune est allé au premier cristal et qu’un autre photon est allé au second, ainsi si le chat est toujours à la fois mort et vivant.

Cependant, les photons rouges ont frappé le carton, et ils ont été intriqués avec certains des photons jaunes. Puisque nous savons quel chemin ils ont emprunté, ils ont frappé la découpe, leurs états prennent une valeur définie. Les photons jaunes qui sont intriqués prennent des valeurs complémentaires définies.

Les résultats montrent que les chercheurs ont mesuré l’état intriqué d’une paire de photons en utilisant un seul photon de cette paire. Dans des travaux antérieurs, afin de voir l’état ​​intriqué, il fallait mesurer les photons.

Leurs résultats ont été publié cette semaine dans la revue Nature : Quantum imaging with undetected photons. L’image d’entête, à partir de l’étude, de Gabriela Barreto Lemos.