REE N°4/2012 ◗ 81 retour sur ��������� Marc Leconte THALES SYSTEMES AEROPORTES A l’occasion de l’attribution de la medaille Einstein a Alain Aspect Le 12 mars dernier, on apprenait que la medaille Albert Einstein avait ete decernee a Alain Aspect. Ce prix, attribue par la societe Albert Einstein, basee a Berne, valorise « des recherches exceptionnelles en relation avec l’œuvre d'Albert Einstein ». Alain Aspect est le deuxieme francais a se voir recompenser par ce prix, le premier etant Thibault Damour qui l'a recu en 1996 pour ses travaux sur la cosmogenese et la rela- tivite generale [9]. Cette medaille est ici decernee a Alain Aspect « en reconnaissance de ses contributions fondamentales a la physique quantique, en particu- lier pour ses tests experimentaux des inegalites de Bell ». Menees au debut des annees 80, les experien- ces d'Alain Aspect ont permis de trancher un debat datant de pres de quatre-vingts ans, portant sur les fondements philosophiques de la physique quanti- que et opposant deux des plus grands physiciens du vingtieme siecle : Albert Einstein et Niels Bohr. Pour bien comprendre les enj
REE N°4/2012 ◗ 81 retour sur ��������� Marc Leconte THALES SYSTEMES AEROPORTES A l’occasion de l’attribution de la medaille Einstein a Alain Aspect Le 12 mars dernier, on apprenait que la medaille Albert Einstein avait ete decernee a Alain Aspect. Ce prix, attribue par la societe Albert Einstein, basee a Berne, valorise « des recherches exceptionnelles en relation avec l’œuvre d'Albert Einstein ». Alain Aspect est le deuxieme francais a se voir recompenser par ce prix, le premier etant Thibault Damour qui l'a recu en 1996 pour ses travaux sur la cosmogenese et la rela- tivite generale [9]. Cette medaille est ici decernee a Alain Aspect « en reconnaissance de ses contributions fondamentales a la physique quantique, en particu- lier pour ses tests experimentaux des inegalites de Bell ». Menees au debut des annees 80, les experien- ces d'Alain Aspect ont permis de trancher un debat datant de pres de quatre-vingts ans, portant sur les fondements philosophiques de la physique quanti- que et opposant deux des plus grands physiciens du vingtieme siecle : Albert Einstein et Niels Bohr. Pour bien comprendre les enj
Franck Laloë nous invite ici à une approche assez subtile et innovante de l’article EPR. Cet article est difficile, aussi n’a-t-il pas choisi de commenter ses formules scientifiques – d’autant que maintenant le paradoxe EPR est généralement présenté avec le formalisme de David Bohm, de manière nettement plus simple qu’avec le formalisme de l’article initial de 1935. Laloë attire cependant notre attention sur deux résultats assez différents de l’article :- celui mis en avant par Podolsky (et par la plupart des commentateurs encore maintenant) : pour un des deux systèmes, lorsqu’il est très éloigné de l’autre, on peut envisager pour le futur plusieurs types de mesures avec des paramètres de mesure locaux différents ; les éléments de réalité en question déterminent les résultats de mesure pour tous les types possibles, y compris lorsqu’ils correspondent à des observables incompatibles. Ceci remet en question la notion de « variables incompatibles », essentielle dans l’interprétation standard de l’école de Copenhague. Curieusement, ce résultat est souvent présenté comme le résultat principal de l’article EPR.- celui sur lequel Einstein insistait : pour décrire la même réalité physique attachée au système 2, la mécanique quantique peut utiliser plusieurs vecteurs d’états totalement différents, ce qui en fait une théorie redondante.Pendant des décennies, les physiciens ne se sont guère intéressés à l’argument EPR, préférant se préoccuper de questions plus concrètes et moins « philosophiques ». C’est le théorème de Bell qui a tout changé, avec le fameux article de 1964 « On the Einstein-Podolsky-Rosen paradox » où il prolonge très directement le raisonnement de EPR. Partant des mêmes hypothèses, il montre que la mécanique quantique contient des prévisions qui, dans certains cas, sont contradictoires avec les hypothèses de « réalisme local » faites par EPR. Peu après, suivant la suggestion de Clauser, Shimony et coll. (1969) montrant que des expériences étaient possibles en utilisant des photons émis par des atomes dans des cascades entre niveaux, sont apparues les premières expériences. Elles ont pleinement confirmé les prédictions de la mécanique quantique, même quand elles donnent lieu à des violations des inégalités de Bell. De façon plus générale, les concepts d’intrication mis en avant par Schrödinger et par EPR jouent un rôle de plus en plus essentiel à l’heure actuelle dans des champs de recherche tels que la cryptographie quantique et l’information quantique, qui déboucheront peut-être un jour sur des applications concrètes. L’article EPR a réellement été une des contributions scientifiques les plus marquantes dans le domaine de la mécanique quantique depuis son apparition.
REE N°4/2012 ◗ 55 LES GRANDS DOSSIERsIntroduction Depuis le milieu des annees 1980, la physique atomique con- nait des developpements spec- taculaires. Grâce a une meilleure connaissance et une maitrise crois- sante des interactions entre les photons et les atomes, il est pos- sible de refroidir de petits nuages d’atomes a des temperatures de quelques milliardiemes de degres seulement au-dessus du zero ab- solu (– 273,15 °C) et de les pieger dans le vide. Ces methodes ont fait l’objet du prix Nobel de physique de 1997 qui a recompense Claude Cohen- Tannoudji, Steven Chu et Williams Phillips. De ces travaux sur le refroidissement laser ont de- coule d’autres decouvertes tout aussi spectaculaires, en particulier la mise en evidence experimentale en 1995 de la condensation de Bose Einstein. Ce nouvel etat de la matiere aux proprietes exceptionnelles avait ete prevu depuis les annees 1920 par les lois de la physique sta- tistique. En 2001, Eric A. Cornell, Wolfgang Ketterle et Carl E. Wieman ont obtenu le prix Nobel pour cette de- couverte. En trente ans, ce domaine de la physique s’est consi- derablement developpe. En France, les recherche
AVANT-PROPOSNous sommes heureux de présenter une ré-impression de l'ouvrage de José Leite Lopes et Bruno Escoubès, Sources et évolution de la physique quantique.Textes fondateurs, dont la première édition, parue en 1994', avait été très vite épuisée.La réédition était demandée par beaucoup, et les auteurs-organisateurs de ce précieux recueil de textes et leurs ayants-droits nous en ont confié la charge.Elle était particulièrement opportune en cette << Année internationale >> de la physique, décidée par l'ONU2 et lancée par l'UNESCO à l'occasion du centenaire de la publication des travaux de 1'« année d'or >> d'Einstein, puisque les textes rassemblés s'inscrivent dans la suite directe de ces recherches pionnières, dégageant ce qui apparaissait peu à peu comme la voie royale de la physique de la matière élémentaire, atomique, nucléaire et subnucléaire.Cet ouvrage est susceptible d'aider à renouer, sur des problématiques contemporaines, le fécond et nécessaire dialogue des sciences avec la philosophie.Ces << textes fondateurs >> sont dus à la plume de physiciens importants du XXe siècle, et les organisateurs du recueil sont également physiciens.J. Leite Lopes, qui fut l'élève de Wolfgang Pauli et de José-Maria Jauch lors de ses années de doctorat aux États-Unis, ami de Richard Feynman, de David Bohm, et de nombreux autres physiciens prestigieux, est connu internationalement par ses travaux, notamment sur les interactions faibles (on lui doit une première esquisse de leur unification avec les interactions électromagnétiques dans le domaine quantique) ; il fut lui-même l'un des pionniers de la physique théorique au Brésil, grand professeur et créateur d'institutions qui ont formé des générations de chercheurs du Brésil et d'Amérique latine.Homme de progrès, il fut proscrit par la dictature militaire qui sévit dans son pays des années 1960 jusqu'au début des années 1980.Nourri de culture française, c'est en France qu'il trouva l'accueil qui lui permit la poursuite de ses travaux : à l'université Louis Pasteur de Strasbourg où il a enseigné jusqu'à sa retraite, reprenant ensuite ses activités au Brésil où il se trouve aujourd'hui.Pendant son séjour en France, il engagea de fructueuses collaborations avec les physiciens expérimentateurs, et promut des dialogues riches et stimulants avec des chercheurs d'autres disciplines, et notamment des philosophes, suscitant la fondation du Séminaire sur les Fondements des Sciences de Aux éditions Masson (Paris).Lors de sa 58e Assemblée Générale.
Une traduction exceptionnelle pour un ouvrage très actuelQuantique : au-delà de l'étrange : voici encore un livre traitant de la mécanique quantique publié aujourd'hui par EDP Sciences.L'éditeur n'en est pourtant pas à son premier titre sur le sujet, stimulé par l'intérêt d'un public nombreux, toujours désireux d'entendre parler des phénomènes quantiques et de leurs interprétations.La théorie quantique a beau être née il y a un siècle, elle continue de susciter les passions des physiciens autant que des philosophes, et elle intrigue le grand public.Elle questionne le réel et se heurte à notre perception quotidienne du monde.N'ayant jamais été mise en défaut, elle est utilisée par les praticiens de la physique dans sa formulation dite de Copenhague, bien que celle-ci laisse de nombreuses questions ouvertes.Les interrogations sur ses fondements, qui avaient si fortement agité les grands de la physique au temps d'Einstein avant de quitter la scène pendant une longue période, ont repris de plus belle depuis quelques décennies.
Préface de la première éditionLa naissance de la physique quantique date d'un siècle et cette description des phénomènes physiques, qui a transformé notre vision du monde, n'est toujours pas remise en cause, ce qui est exceptionnel pour une théorie scientifique.Ses prédictions ont toujours été vérifiées par l'expérience avec une précision impressionnante.Les concepts fondamentaux, comme les amplitudes de probabilité, les superpositions linéaires d'états, qui semblent si étranges pour notre intuition quand on les rencontre pour la première fois, restent toujours essentiels.Une évolution importante s'est toutefois manifestée au cours des dernières décennies.Les progrès spectaculaires des techniques d'observation, des méthodes de manipulation des atomes, permettent maintenant de réaliser des expériences si délicates qu'elle n'étaient considérées que comme des "expériences de pensée" par les pères fondateurs de la mécanique quantique.L'existence des corrélations quantiques "non séparables", qui est à la base du "paradoxe" de Einstein-Podolsky-Rosen et qui violent les fameuses inégalités de Bell, a pu être confirmée expérimentalement avec une grande précision.Les états "intriqués" de deux systèmes, qui manifestent de telles corrélations quantiques, sont mieux compris, et même utilisés pour des applications concrètes, comme la cryptographie quantique.L'intrication d'un appareil de mesure avec son environnement se révèle une piste intéressante pour une meilleure compréhension du processus de mesure.Parallèlement à ces progrès conceptuels, on assiste également à une invasion de notre monde quotidien par des dispositifs dont le principe de fonctionnement repose sur des phénomènes quantiques.Les sources laser qui sont utilisées pour la lecture des disques compacts, l'ophtalmologie ou les télécommunications optiques, sont basées sur l'amplification de la lumière par des systèmes atomiques dont les populations sont inversées.La résonance magnétique des noyaux des atomes est couramment utilisée dans les hôpitaux pour prendre des images de plus en plus précises des organes du corps humain.Des millions de transistors sont inclus dans les puces qui permettent à nos ordinateurs d'effectuer des opérations à des vitesses prodigieuses.
La physique classique, par son caractère fondamentalement déterministe, ne permet pas la production d’aléa vrai. La physique quantique, quant à elle, fait des prévisions probabilistes, sur des processus qui paraissent fondamentalement aléatoires. De plus, les réponses apportées aux paradoxes de types EPR, comme la réponse formulée par les inégalités de Bell [16] et leurs expérimentations par Alain Aspect, montrent que la physique quantique ne peut être complétée en une théorie entièrement prédictive. Une question émane alors: Quelles sont les expériences quantiques fondamentalement aléatoires ? Cristian S.Calude et Al [4] montrent que presque toutes les mesures quantiques produisent de l’aléa (Théorème Strong Kochen Specker). Dans le cadre de cette thèse, notre but est ainsi de proposer de nouveaux schémas de génération quantique d’aléa (voir [10,13]) basés sur ce caractère aléatoire intrinsèque aux expériences quantiques. Ces protocoles explorent l’utilisation de produits d’observables incompatibles implémentées l’une à la suite de l’autre comme le font les auteurs de [36]. Pour un apport en sécurité à ces protocoles, nous dérivons, à partir d’inégalités de Bell déjà existantes notamment CHSH [28] et CHSH-3 (initialement CGLMP pour qutrits [29]), de nouvelles inégalités. Cette fois-ci, l’on considère des configurations constituées d’un unique Qutrit où la contrainte de commutativité des observables n’est pas imposée. La borne classique est cette fois-ci obtenue sous l’hypothèse du Réalisme macroscopique [51], comme celles des inégalités temporelles [36]. Ces bornes classiques sont égales à celles obtenues dans le cadre du réalisme locale. Cependant, les bornes quantiques, obtenues par SDP, peuvent être plus grandes que celles des expressions originelles permettant ainsi une meilleure résistance au bruit et donc à de potentielles attaques. Ces violations par rapport au cadre classique ne sont plus dues à la non localité mais plutôt au caractère indéfini des résultats de presque toutes les mesures quantiques. Avec les observables et états optimum de ces inégalités, nous donnons des arguments d'auto-test pour nos protocoles. Cette thèse a aussi été l’occasion de revisiter certains aspects de la cryptographie quantique comme la distribution quantique de clé.