1Institut international de physique, Université fédérale du Rio Grande do Norte, 59078-970, Natal, Brésil
2Departamento de Computação, Universidade Federal Rural de Pernambuco, 52171-900, Recife, Pernambuco, Brésil
3École de physique et d'astronomie, Université de Leeds, Leeds LS2 9JT, Royaume-Uni
4École des sciences et technologies, Université fédérale du Rio Grande do Norte, Natal, Brésil
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Abstract
Le fameux problème de la mesure quantique fait ressortir la difficulté de concilier deux postulats quantiques : l’évolution unitaire de systèmes quantiques fermés et l’effondrement de la fonction d’onde après une mesure. Cette problématique est particulièrement mise en évidence dans l’expérience de pensée de l’ami de Wigner, où l’inadéquation entre évolution unitaire et effondrement des mesures conduit à des descriptions quantiques contradictoires pour différents observateurs. Un récent théorème interdit a établi que les statistiques (quantiques) découlant d’un scénario étendu de l’ami de Wigner sont incompatibles lorsque l’on tente de maintenir ensemble trois hypothèses inoffensives, à savoir l’absence de superdéterminisme, l’indépendance des paramètres et le caractère absolu des événements observés. En nous appuyant sur ce scénario étendu, nous introduisons deux nouvelles mesures du caractère non absolu des événements. La première est basée sur la décomposition EPR2, et la seconde implique l’assouplissement de l’hypothèse d’absoluité supposée dans le théorème de non-droit susmentionné. Pour prouver que les corrélations quantiques peuvent être non absolues au maximum selon les deux quantificateurs, nous montrons que les inégalités de Bell enchaînées (et leurs relaxations) sont également des contraintes valides pour l’expérience de Wigner.
Résumé populaire
Pour illustrer le problème, le physicien hongro-américain Eugene Wigner a proposé en 1961 une expérience imaginaire, aujourd’hui appelée expérience de l’ami de Wigner. Charlie, observateur isolé dans son laboratoire, effectue une mesure sur un système quantique dans une superposition de deux états. Il obtient au hasard l’un des deux résultats de mesure possibles. En revanche, Alice agit en tant que superobservateur et décrit son ami Charlie, le laboratoire et le système mesuré comme un grand système quantique composite. Ainsi, du point de vue d’Alice, son ami Charlie existe dans une superposition cohérente, intriquée avec le résultat de ses mesures. Autrement dit, du point de vue d’Alice, l’état quantique n’associe pas de valeur bien définie au résultat de la mesure de Charlie. Ainsi, ces deux descriptions, celle d'Alice ou celle de son ami Charlie, conduisent à des résultats différents, qui pourraient en principe être comparés expérimentalement. Cela peut paraître un peu étrange, mais c’est là que réside le problème : la mécanique quantique ne nous dit pas où tracer la frontière entre les mondes classique et quantique. En principe, l’équation de Schrödinger s’applique aussi bien aux atomes et aux électrons qu’aux objets macroscopiques tels que les chats et les amis humains. Rien dans la théorie ne nous dit ce qu'il faut analyser à travers les évolutions unitaires ou le formalisme des opérateurs de mesure.
Si nous imaginons maintenant deux superobservateurs, décrits par Alice et Bob, mesurant chacun leur propre laboratoire contenant leurs amis respectifs, Charlie et Debbie et les systèmes qu'ils mesurent, les statistiques obtenues par Alice et Bob devraient être classiques, c'est-à-dire ne devraient pas être capable de violer toute inégalité de Bell. Après tout, selon le postulat de mesure, tout caractère non classique du système aurait dû être éteint lorsque Charlie et Debbie ont effectué leurs mesures. Mathématiquement, nous pouvons décrire cette situation par un ensemble d'hypothèses. La première hypothèse est le caractère absolu des événements (AoE). Comme dans une expérience de Bell, ce à quoi nous avons accès expérimentalement est la distribution de probabilité p(a,b|x,y), les résultats de mesure d'Alice et Bob, étant donné qu'ils ont mesuré un certain observable. Mais si les mesures effectuées par les observateurs sont réellement des événements absolus, alors cette probabilité observable devrait provenir d’une probabilité conjointe dans laquelle les résultats des mesures de Charlie et Debbie peuvent également être définis. Lorsqu'elle est combinée aux hypothèses d'indépendance des mesures et d'absence de signalisation, l'AoE conduit à des contraintes testables expérimentalement, des inégalités de Bell qui sont violées par les corrélations quantiques, prouvant ainsi l'incompatibilité de la théorie quantique avec la conjonction de telles hypothèses.
Dans cet article, nous montrons que nous pouvons assouplir l'hypothèse AoE tout en obtenant des violations quantiques des inégalités de Bell correspondantes. En considérant deux manières différentes et complémentaires de quantifier la relaxation de l'AoE, nous quantifions dans quelle mesure les prédictions d'un observateur et d'un superobservateur devraient être en désaccord afin de reproduire les prédictions quantiques pour une telle expérience. En effet, comme nous le prouvons, pour reproduire les corrélations possibles permises par la mécanique quantique, il faut que cet écart soit maximum, correspondant au cas où les résultats de mesures d'Alice et Charlie ou de Bob et Debbie sont totalement décorrélés. En d’autres termes, la théorie quantique autorise au maximum les événements non absolus.
► Données BibTeX
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Cité par
[1] Thaís M. Acácio et Cristhiano Duarte, « Analyse des prédictions des réseaux neuronaux pour l'auto-catalyse d'enchevêtrement », arXiv: 2112.14565.
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