Les corrélations EPR/Bell mettent en tension trois exigences : (i) une causalité locale au sens relativiste (absence de signal superluminal), (ii) une description probabiliste reproduisant la règle de Born, et (iii) l’hypothèse d’un réalisme « pré-actualisé » permettant d’assigner des valeurs conjointes aux observables avant toute mesure. Nous proposons une relecture de ce triptyque dans le cadre de la théorie du Temps–Actualisation (TA), dont l’ontologie est événementielle, locale, irréversible et non métrique : le passé actualisé est un poset poset=<P, ≺>, tandis que le futur est encodé par un registre quantique conditionnel ρ évoluant selon l’Équation d’Actualisation Universelle (EAU), de forme GKSL + terme d’actualisation CTA. Dans cette perspective, les violations de Bell ne requièrent aucune influence non locale : elles signalent l’inadéquation de l’hypothèse d’assignation conjointe avant actualisation. La localité causale (niveau fondamental) et le no-signaling (niveau opérationnel) restent des contraintes structurales, tandis que la non-factorisation des corrélations résulte du fait que les résultats (x,y) ne sont pas des propriétés du passé mais des événements produits lors de l’actualisation corrélée. Nous explicitons où la factorisation de Bell cesse d’être pertinente dans TA, et nous formulons un programme de formalisation : caractériser une classe admissible de dissipateurs bipartites CTA garantissant CPTP, Born et no-signaling, et analyser la stabilité des bornes de corrélations (type Tsirelson) sous coarse-graining causal.
Les corrélations EPR/Bell mettent en tension trois exigences : (i) une causalité locale au sens relativiste (absence de signal superluminal), (ii) une description probabiliste reproduisant la règle de Born, et (iii) l’hypothèse d’un réalisme « pré-actualisé » permettant d’assigner des valeurs conjointes aux observables avant toute mesure. Nous proposons une relecture de ce triptyque dans le cadre de la théorie du Temps–Actualisation (TA), dont l’ontologie est événementielle, locale, irréversible et non métrique : le passé actualisé est un poset poset=<P, ≺>, tandis que le futur est encodé par un registre quantique conditionnel ρ évoluant selon l’Équation d’Actualisation Universelle (EAU), de forme GKSL + terme d’actualisation CTA. Dans cette perspective, les violations de Bell ne requièrent aucune influence non locale : elles signalent l’inadéquation de l’hypothèse d’assignation conjointe avant actualisation. La localité causale (niveau fondamental) et le no-signaling (niveau opérationnel) restent des contraintes structurales, tandis que la non-factorisation des corrélations résulte du fait que les résultats (x,y) ne sont pas des propriétés du passé mais des événements produits lors de l’actualisation corrélée. Nous explicitons où la factorisation de Bell cesse d’être pertinente dans TA, et nous formulons un programme de formalisation : caractériser une classe admissible de dissipateurs bipartites CTA garantissant CPTP, Born et no-signaling, et analyser la stabilité des bornes de corrélations (type Tsirelson) sous coarse-graining causal.
Ce document propose une lecture fonctionnelle et relationnelle de trois cadres majeurs de la physique quantique : le théorème de Bell, la règle de Born et le condensat de Bose-Einstein. Il ne cherche pas à les identifier comme un même phénomène, ni à remplacer les modèles établis, mais à montrer qu’ils peuvent être relus comme trois expressions différentes d’un même motif structurel : le local ne devient pleinement intelligible qu’à partir d’un niveau relationnel global. Dans cette perspective EQM, Bell révèle la non-réductibilité de certaines corrélations quantiques à des propriétés locales indépendantes ; Born décrit la projection statistique d’un état global vers des résultats locaux mesurables ; le condensat de Bose-Einstein illustre l’émergence d’une cohérence collective où un état global devient un véritable milieu physique. Le document propose ainsi une grammaire commune du passage local-global : structure globale, contrainte, compatibilité, projection, stabilité et observable locale. L’objectif n’est pas de revendiquer une nouvelle loi physique validée, mais de formuler une question transversale : à quel niveau relationnel faut-il reconstruire un système pour rendre ses manifestations locales intelligibles, mesurables et testables ? Cette approche ouvre une piste de recherche théorique sur les fonctions relationnelles récurrentes qui s’expriment différemment selon les échelles, les domaines et les contraintes physiques.
En 1935 Einstein, Podolsky et Rosen remarquent que certaines predictions de la physique quantique entrainent des correlations qui ne peuvent s'expliquer selon eux que si on introduit des cachees (paradoxe EPR). 30 ans plus tard, J. montre avec ses inegalites de Bell qu'il y a des etats quantiques dont les resultats de mesures d'Alice et Bob engendrent des correlations ne pouvant pas etre reproduites par un modele aux variables cachees locales (variables aleatoires partagees). En 1964, J. prouve alors une des plus etranges proprietes de la physique: la non localite. L'informatique quantique et particulierement la complexite de la communication fournit un cadre nouveau pour caracteriser la non localite. Si Alice et Bob utilisent des ressources additionnelles en plus des variables aleatoires partagees, peuvent-ils reproduire les correlations quantiques et si oui avec quelle quantite ? Nous reduisons ce probleme a un probleme d'echantillonnage distribue. Cette approche explique le role de chaque ressources (communication, post-selection, c-a-d efficacite des detecteurs, et boites non locales) et fournit un cadre coherent nous permettant de re-demontrer plus simplement et de generaliser les resultats precedents. Enfin nous considerons toutes les correlations respectant la causalite (excluant la possibilite de communication) c-a-d les correlations quantiques et celles au-dela. Nous introduisons un modele aux variables aleatoires partagees quasi-probabiliste qui nous permet de caracteriser les correlations causales. De plus nous montrons les liens entre l'utilisation des quasi-probabilite et les ressources additionnelles.
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.
Boucles causales et logiques de la théorie quantique La nature fondamentale de la causalité a été remise en cause par la théorie quantique. En particulier, des développements récents ont montré qu’en abandonnant l’hypothèse standard selon laquelle les événements quantiques sont intégrés dans une structure causale fixe, un nouveau type de relations causales, indéterminées, peut émerger. Ces structures causales indéterminées ont parfois été interprétées comme des boucles causales permettant de violer une forme de causalité sans paradoxes. D'autre part, la contextualité quantique montre que toute tentative d’extension de la théorie quantique de sorte que la logique classique s’applique dans le domaine étendu échoue en raison de l’émergence de boucles logiques incohérentes. Il y a de plus en plus de preuves que cette caractéristique constitue un élément clé dans la compréhension des paradoxes quantiques. Cette thèse vise à améliorer notre compréhension des ordres causaux indéterminés et des paradoxes quantiques afin de répondre à la question : “La nature non fondamentale de la causalité pourrait-elle être liée à une forme de contextualité ?”Le formalisme des matrices de processus est un cadre mathématique qui, par analogieavec l’intrication et la violation d’inégalités de Bell (non-localité), offre de nouveaux outils- témoins de non-séparabilité causale et violation d’inégalités causales avec des corrélations non-causales - permettant d’étudier et d’identifier les ordres causaux indéterminés. Dans une approche ascendante (bottom-up), nous avons identifié une grande famille de processus physiquement implémentables, les circuits quantiques avec contrôle quantique d’ordres causaux (QC-QCs), qui incluent des processus causalement non-séparables tels que le célèbre “quantum switch”. Cependant, ces circuits ne peuvent pas être utilisés pour violer des inégalités causales. Néanmoins, dans un autre travail, en assouplissant significativement les hypothèses permettant de certifier la non-séparabilité causale de nombreux processus, j’ai montré que cette certification pouvait être réalisée dans un scénario “semi-device-independent” avec des opérations locales non fiables et des entrées quantiques fiables. En particulier, j’ai montré que le quantum switch peut générer des corrélations non-causales dans ce type de scénario.Afin d’affiner ma compréhension de la contextualité quantique, j’ai enquêté sur lesorigines du théorème de Kochen-Specker et j’ai analysé comment le paradoxe de Hardyimplique une forme de contextualité logique. J’ai identifié que les deux mesures intermédiaires possibles impliquées dans une version “pré-post-sélection” du paradoxe diffèrent causalement l’une de l’autre. Cette analyse pourrait être utile à l’étude du paradoxe de Frauchiger-Renner, une “méta-version” du paradoxe de Hardy. Sur un aspect plus métaphysique, j’ai plaidé en faveur d’une “intuition gödelienne” issue de la théorie quantique, l’idée que les paradoxes quantiques émergent d’un manque de distinction entre objets théoriques et méta-théoriques. Enfin, afin d’établir un lien possible entre les ordres causaux indéterminés et la contextualité, j’ai proposé un jeu causal original, dans lequel le paradoxe du grand-père est formalisé en termes d’inégalité logique. Certaines matrices de processus peuvent violer l’inégalité causale sans violer l’inégalité logique. J’ai suggéré que l’émergence d’incohérences logiques issue de la violation d’une inégalité logique pourrait être interprétée comme une forme de contextualité.
Corrélations quantiques et structures causales Les travaux récents en fondements de la théorie quantique (des champs) et en information quantique relativiste tentent de mieux comprendre les effets des contraintes de causalité imposées aux opérations physiques sur la structure des corrélations quantiques. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à l'étude des implications conceptuelles de la non-localité quantique, notion qui englobe celle d'intrication dans un sens précis. Nous détaillons comment les récentes approches informationnelles tentent de saisir la structure des corrélations non-locales, ainsi que les questions que ces dernières soulèvent concernant la capacité d'un observateur localisé à isoler un système de son environnement. Le second chapitre détaille les effets de l'invariance de Poincaré sur la détection et la quantification de l'intrication. Cette invariance impose que tous les systèmes soient modélisés en dernière instance dans le cadre de la théorie des champs, ce qui implique qu'aucun système à énergie finie ne puisse être localisé, ainsi que la divergence de toute mesure d'intrication pour des observateurs localisés. Nous fournissons une solution à ces deux problèmes en démontrant l'équivalence générique qui existe entre une résolution spatiale finie des appareils de mesure et l'exclusion des degrés de liberté de haute énergie de la définition du système observé. Cette équivalence permet une interprétation épistémique du formalisme quantique standard décrivant les systèmes localisés non-relativistes et leurs corrélations, clarifiant ainsi l'origine des mesures finies d'intrication pour de tels systèmes. Le dernier chapitre explore un cadre théorique récemment introduit qui prédit l'existence de corrélations quantiques sans ordre causal défini. Procédant par analogie avec le cas des corrélations non-locales, nous présentons quelques principes informationnels contraignant la structure de ces corrélations dans le but de mieux en comprendre l'origine physique.
Les travaux récents en fondements de la théorie quantique (des champs) et en information quantique relativiste tentent de mieux comprendre les effets des contraintes de causalité imposées aux opérations physiques sur la structure des corrélations quantiques. Le premier chapitre de cette thèse est consacré à l'étude des implications conceptuelles de la non-localité quantique, notion qui englobe celle d'intrication dans un sens précis. Nous détaillons comment les récentes approches informationnelles tentent de saisir la structure des corrélations non-locales, ainsi que les questions que ces dernières soulèvent concernant la capacité d'un observateur localisé à isoler un système de son environnement. Le second chapitre détaille les effets de l'invariance de Poincaré sur la détection et la quantification de l'intrication. Cette invariance impose que tous les systèmes soient modélisés en dernière instance dans le cadre de la théorie des champs, ce qui implique qu'aucun système à énergie finie ne puisse être localisé, ainsi que la divergence de toute mesure d'intrication pour des observateurs localisés. Nous fournissons une solution à ces deux problèmes en démontrant l'équivalence générique qui existe entre une résolution spatiale finie des appareils de mesure et l'exclusion des degrés de liberté de haute énergie de la définition du système observé. Cette équivalence permet une interprétation épistémique du formalisme quantique standard décrivant les systèmes localisés non-relativistes et leurs corrélations, clarifiant ainsi l'origine des mesures finies d'intrication pour de tels systèmes. Le dernier chapitre explore un cadre théorique récemment introduit qui prédit l'existence de corrélations quantiques sans ordre causal défini. Procédant par analogie avec le cas des corrélations non-locales, nous présentons quelques principes informationnels contraignant la structure de ces corrélations dans le but de mieux en comprendre l'origine physique.