La meccanica quantistica soffre di una fondamentale ambiguità che deriva dal fatto che nessuno sa esattamente cosa essa dica circa qualsiasi specifica situazione, perchè nessuno sa esattamente dove debba collocarsi il confine tra il vago mondo quantistico e il mondo preciso degli eventi specifici.Questo per me è il vero problema della teoria.Da un punto di vista pratico non c'è problema, in pratica siamo sempre in grado di scegliere questo confine giudiziosamente in modo che piccoli spostamenti in un verso o nell'altro non importino molto.Ma ogni volta che introduciamo questo confine, e dobbiamo collocarlo da qualche parte, noi stiamo dividendo arbitrariamente il mondo in due parti e usando due descrizioni del tutto diverse, una per una parte e l'altra per l'altra. John S. BellSappiamo oggi come si possa dimostrare che la luna non è là quando nessuno la guarda. D. MerminWhole is not known by knowing its parts. C. SamhitaNot only does God play dice, but he plays with nonlocal dice.
La meccanica quantistica soffre di una fondamentale ambiguità che deriva dal fatto che nessuno sa esattamente cosa essa dica circa qualsiasi specifica situazione, perchè nessuno sa esattamente dove debba collocarsi il confine tra il vago mondo quantistico e il mondo preciso degli eventi specifici.Questo per me è il vero problema della teoria.Da un punto di vista pratico non c'è problema, in pratica siamo sempre in grado di scegliere questo confine giudiziosamente in modo che piccoli spostamenti in un verso o nell'altro non importino molto.Ma ogni volta che introduciamo questo confine, e dobbiamo collocarlo da qualche parte, noi stiamo dividendo arbitrariamente il mondo in due parti e usando due descrizioni del tutto diverse, una per una parte e l'altra per l'altra. John S. BellSappiamo oggi come si possa dimostrare che la luna non è là quando nessuno la guarda. D. MerminWhole is not known by knowing its parts. C. SamhitaNot only does God play dice, but he plays with nonlocal dice.
La discussione su che cosa sia un oggetto fisico è stata tradizionalmente affrontata in ambito filosofico, acquistando via via nuovi connotati con lo sviluppo della fisica moderna e, successivamente, della psicologia e delle neuroscienze. Solo utilizzando congiuntamente le acquisizioni provenienti da questi diversi settori del sapere, si può tentare oggi di dare risposte a domande del tipo: Il mondo è fatto di oggetti? Di cosa parliamo quando parliamo di oggetti? Da dove proviene la nostra consuetudine all’oggettuazione, e cioè ad analizzare ciò che ci circonda facendo leva sulla nozione di oggetto? Nell'articolo non si cercherà di rispondere direttamente a domande così generali, si cercherà invece, più limitatamente, di comprendere quale sia il punto di vista della fisica sulla questione degli oggetti attraverso un excursus che ha come filo conduttore una disamina dei metodi sperimentali utilizzati per “vedere” gli oggetti fisici alle diverse scale di grandezza. Dopo una breve rassegna delle macchine che ci fanno vedere gli oggetti fisici di diversa dimensione, si cercherà di capire che cosa sono oggi per i fisici le particelle, cioè quei particolari oggetti microfisici per descrivere i quali si usa una teoria, la meccanica quantistica, la cui modalità di oggettuazione è radicalmente diversa da quella utilizzata nell’ambito degli oggetti dell’esperienza quotidiana. Si passerà poi ad analizzare in che modo si realizza sperimentalmente la visione degli oggetti invisibili. A questo punto si potrà tentare di rispondere alla domanda: costruire gli oggetti della fisica implica una o molte modalità di oggettuazione? Infine, si tornerà su alcune delle questioni generali di carattere filosofico relative all’oggetto fisico.
La mécanique quantique prédit l'existence de corrélations entre particules distantes qui ne peuvent s'expliquer dans le cadre des théories réalistes locales. Suite au développement récent de la théorie de l'information quantique, il a été réalisé que ces corrélations non-locales ont des implications quant aux capacités de traitement de l'information des systèmes quantiques. Outre une signification physique, elles possèdent donc une signification informationnelle. Cette thèse traite de différents aspects de la non-localité liés à ces deux facettes du phénomène. Nous commençons par un examen de la structure des corrélations locales et non-locales. Nous dérivons dans ce contexte de nouvelles inégalités de Bell, et généralisons ensuite le paradoxe de Greenberger-Horne-Zelinger à des états quantiques de dimension arbitraire et composés de plusieurs sous-systèmes. Nous abordons par après la non-localité du point de vue de la théorie de l'information. Il est possible de concevoir des théories non-locales consistantes avec le principe de causalité mais offrant des avantages supérieurs à la mécanique quantique en terme de manipulation de l'information. Nous investiguons l'ensemble des corrélations compatibles avec de telles théories afin d'éclairer l'origine des limitations imposées par le formalisme quantique. Nous nous intéressons également à la quantité de communication classique nécessaire pour simuler les corrélations non-locales. Nous montrons que cette mesure naturelle de la non-localité est étroitement liée au degré de violations des inégalités de Bell. Nous nous tournons ensuite vers des aspects expérimentaux. La faible efficacité des détecteurs utilisés dans les expériences de violation des inégalités de Bell reste un obstacle majeur à une démonstration convaincante de la non-localité, mais aussi à toute utilisation de la non-localité dans des protocoles d'information quantique. Nous dérivons d'une part des bornes quant à l'efficacité minimale requise pour violer les inégalités de Bell, et d'autre part des exemples de corrélations plus résistante à ces imperfections expérimentales. Finalement, nous clôturons cette thèse en montrant comment la non-localité, principalement étudiée dans le cadre de systèmes décrits par des variables discrètes, telles que les variables de spin, peut également se manifester dans des systèmes à variables continues, telles que les variables de position et d'impulsion.
È possibile stabilire un collegamento tra etica e fisica? La domanda, che di primo acchito potrebbe sembrare fuori luogo, acquista un senso nel contesto di un’indagine che si proponga di cogliere il valore espressivo di sistemi concettuali diversi e il valore gnoseologico del metodo impiegato nell’elaborazione di tali sistemi. In questa prospettiva, l’accostamento dell’Etica di Baruch Spinoza alla fisica quantistica può rivelarsi eloquente. \n \nSe la separazione osservatore-osservato, soggetto-oggetto, teoria-esperienza tipica di una metodologia della scienza naturale che ha radici nel dualismo ‘sostanza pensante’-‘sostanza estesa’, pone la razionalità classica di fronte a un dilemma tra descrizioni inconciliabili o superflue, la meccanica quantistica può superare il dilemma riconoscendo un limite strutturale nella capacità d’osservazione di qualunque agente e costruendo l’insieme infinito delle relazioni che danno forma alla descrizione quantistica della natura a partire dall’inter-azione tra strumento d’osservazione e oggetto osservato. Questa dipendenza dal mezzo d’osservazione impedisce per principio di concepire ‘modi’, ovvero di assegnare valori a osservabili, che non rispettino determinate condizioni di finitezza, ma, al tempo stesso, consente alla teoria di tenere insieme, in una sovrapposizione coerente, le infinite combinazioni di modi e attributi alternativi che costituiscono la ‘sostanza’ dello stato quantistico. L’essenza della sostanza si può cogliere dunque, spinozianamente, “nell’ordine e nella connessione” anche se ora è la funzione d’onda dello stato quantistico che appare come “potenza di individuazione dei suoi modi in quanto essa si causa causandoli” , in quanto sovrapposizione e indeterminazione sono cause l’una dell’altra, figure interscambiabili ma non-separabili nella trama quantistica della natura. In quest’ottica, la visione quantistica del mondo può essere letta come una trasformazione critica della Weltanschauung di Spinoza?
Come base di una tecnologia di consumo che comprende il laser e il transistor, la meccanica quantistica è tutt'altro che nuova (il "quanto di energia" è familiare anche ai profani), e resta però, nei suoi fondamenti concettuali, un enigma inquietante. Visti da vicino, i fenomeni più semplici pongono continue sfide alla logica e al senso comune, e se la scoperta da parte di Einstein che lo spazio e il tempo sono di fatto un "continuum" deformabile colse il mondo di sorpresa, la nuova meccanica, rivelando un elemento di incertezza e di imprevedibilità al fondo delle cose, fu un vero e proprio trauma, dal quale la fisica non si è mai del tutto ripresa.
Compatibilité et non-localité L'un des concepts majeurs introduit par la théorie quantique est celui de la compatibilité des mesures quantiques. Il existe certains types de mesures qui ne peuvent pas être effectuées en même temps. Ainsi, on dit que les mesures sont compatibles si on peut mesurer en même temps et d'autre sont incompatibles. L'autre concept majeur de la mécanique quantique est celui de la nonlocalité qui est l'un des concepts les plus contre-intuitifs de la physique quantique. Ce concept majeur est dû à John Bell qui a montré que la mécanique quantique est intrinsèquement non locale. Ainsi, on parle de violation des inégalités de Bell par la mécanique quantique. Aujourd'hui, la nonlocalité est comprise à travers les jeux nonlocaux. Un jeux nonlocal consiste en deux joueurs ou plus Alice et Bob jouant contre un arbitre. Ce dernier posera un certain nombre de questions aux joueurs qui devront générer un certain nombre de réponses en utilisant une stratégie classique ou quantique. Il se trouve que le maximum des réponses qu'Alice et Bob peuvent générer est intrinsèquement relié à une norme tensorielle caractérisant le jeu. Dans ce formalisme, l'utilisation des stratégies classiques est relié à la norme de la matrice du jeux lui-même, ainsi la violation des inégalités de Bell se traduit par une inégalité stricte entre les normes tensorielles. Le but de cette thèse consiste à comprendre l'incompatibilité des mesures quantiques ainsi que le lien avec les inégalités de Bell. Dans un premier temps, nous avons introduit la compatibilité des mesures quantiques sous un nouveau point de vue, et analysé les types de bruit qu'on peut effectuer à fin de rendre le système compatible. Ce nouveau point de vue consiste à comprendre et à analyser l'effet de la dimension de l'espace de Hilbert sur l'incompatibilité des mesures. Par ailleurs à fin de rendre des mesures compatibles, on peut introduire l'effet d'un bruit. Comme application, certains états connu sous le nom de MUB sont de nature incompatible, on montre même si on rajoute du bruit aux MUB celle-ci restant incompatible, il existe une isométrie et un espace de Hilbert de dimension plus petite rendant les MUB compatibles. Dans un deuxième temps, nous avons analysé le lien intrinsèque reliant l'incompatibilité des mesures quantique et la violation des inégalités de Bell. Pour cela, on a considéré le cadre des jeux nonlocaux, où les mesures d'Alice sont fixées. Il est connu qu'une violation des inégalités de Bell nécessite l'utilisation des mesures incompatibles. Par ailleurs, si Alice veut savoir si elle observera une violation des inégalités de Bell si elle utilise des mesures incompatibles. Pour cela, elle doit calculer deux normes tensorielles d'un tenseur construit à partir de ses mesures. Ces normes tensorielles vont caractériser d'une part la compatibilité des mesures d'Alice et d'autre part la violation des inégalités de Bell. Dans ce cadre naturel, comprendre le lien entre incompatibilité des mesures quantiques et la violation des inégalités de Bell, revient à comparer les deux normes tensorielles. Or, il se trouve que pour le jeu CHSH ces deux normes sont égales, mais on peut montrer généralement qu'elles ne le sont pas. On peut se demander s'il existe d'autre types de jeux satisfaisant cette égalité des normes tensorielles ? Il se trouve que nous avons montré qu'avec des conditions suffisantes, seul le jeux CHSH à constante multiplicative près donne l'égalité entre les normes tensorielles.