What can Schrödinger's cat teach us about quantum mechanics? - Josh Samani

Qu'est-ce que le chat de Schrödinger peut nous apprendre sur la mécanique quantique? - Josh Samani

Traducteur: gilles damianthe Relecteur: Elisabeth Buffard

Consider throwing a ball straight into the air.

Envisagez de lancer une balle en l'air.

Can you predict the motion of the ball after it leaves your hand?

Pouvez-vous prédire son mouvement après qu'elle a quitté votre main ?

Sure, that's easy.

Bien sûr, c'est facile.

The ball will move upward until it gets to some highest point,

La balle va monter jusqu'à atteindre une hauteur maximum,

then it will come back down and land in your hand again.

puis elle va redescendre pour atterrir dans votre main.

Of course, that's what happens,

Bien sûr, c'est ce qui se produit,

and you know this because you have witnessed events like this countless times.

et vous le savez car vous avez déjà vu ça un nombre incalculable de fois.

You've been observing the physics of everyday phenomena your entire life.

Vous avez observé la physique du quotidien toute votre vie.

But suppose we explore a question about the physics of atoms,

Mais imaginons que nous abordions une question de la physique des atomes,

like what does the motion of an electron

comme à quoi ressemble le mouvement d'un électron

around the nucleus of a hydrogen atom look like?

autour d'un noyau d'hydrogène ?

Could we answer that question based on our experience with everyday physics?

Pourrions-nous répondre à cette question à partir de nos expériences du quotidien?

Definietly not. Why?

Non, pas du tout. Pourquoi ?

Because the physics that governs the behavior of systems at such small scales

Parce que la physique qui gouverne le comportement des systèmes

à une si petite échelle

is much different than the physics of the macroscopic objects

est très différente de la physique des objets macroscopiques

you see around you all the time.

qui vous entourent.

The everyday world you know and love

Le monde que vous connaissez et que vous aimez

behaves according to the laws of classical mechanics.

se comporte selon les lois de la mécanique classique.

But systems on the scale of atoms

Mais des systèmes à l'échelle de l'atome

behave according to the laws of quantum mechanics.

se comportent selon les lois de la mécanique quantique.

This quantum world turns out to be a very strange place.

Il se trouve que ce monde quantique est un monde vraiment étrange.

An illustration of quantum strangeness is given by a famous thought experiment:

Cette étrangeté est illustrée par une célèbre expérience de pensée :

Schrödinger's cat.

le chat de Schrödinger.

A physicist, who doesn't particularly like cats, puts a cat in a box,

Un physicien qui n'apprécie pas particulièrement les chats

place un chat dans une boite,

along with a bomb that has a 50% chance of blowing up after the lid is closed.

avec une bombe qui a 50% de probabilité d'exploser

après la fermeture du couvercle.

Jusqu'à ce qu'on ouvre le couvercle, il n'y a aucun moyen de savoir

Until we reopen the lid, there is no way of knowing

whether the bomb exploded or not,

si la bombe a explosé ou non,

and thus, no way of knowing if the cat is alive or dead.

et donc, aucun moyen de savoir si le chat est vivant ou mort.

In quantum physics, we could say that before our observation

En physique quantique, on pourrait dire qu'avant notre observation,

the cat was in a superposition state.

le chat était dans un état de superposition.

It was neither alive nor dead but rather in a mixture of both possibilities,

Il n'était ni mort ni vivant, mais plutôt un mélange des deux possibilités,

with a 50% chance for each.

avec 50% de probabilité pour chacune.

The same sort of thing happens to physical systems at quantum scales,

Le même genre de chose arrive pour les systèmes physiques à l'échelle quantique,

like an electron orbiting in a hydrogen atom.

comme un électron en orbite dans un atome d'hydrogène.

The electron isn't really orbiting at all.

L'électron n'est pas vraiment en orbite.

It's sort of everywhere in space, all at once,

Il est en quelque sorte partout dans l'espace

with more of a probability of being at some places than others,

avec plus de probabilité d'être à certains endroits qu'à d'autres,

and it's only after we measure its position

et c'est seulement après avoir mesuré sa position

that we can pinpoint where it is at that moment.

que nous pouvons repérer où il est à ce moment précis.

A lot like how we didn't know whether the cat was alive or dead

Un peu comme lorsqu'on ne savait pas si le chat était vivant ou mort

until we opened the box.

jusqu'à ce qu'on ait ouvert la boîte.

This brings us to the strange and beautiful phenomenon

Ceci nous amène à l'étrange et beau phénomène

of quantum entanglement.

de l'intrication quantique.

Suppose that instead of one cat in a box, we have two cats in two different boxes.

Supposons qu'au lieu d'un chat dans une boîte,

nous ayons deux chats dans deux boîtes différentes.

If we repeat the Schrödinger's cat experiment with this pair of cats,

Si nous répétons l'expérience du chat de Schrödinger

the outcome of the experiment can be one of four possibilities.

avec cette paire de chats,

le résultat de l'expérience peut être l'une des quatre possibilités.

Either both cats will be alive, or both will be dead,

Soit les deux chats seront vivants, ou les deux seront morts,

or one will be alive and the other dead, or vice versa.

ou l'un sera vivant et l'autre mort, ou vice versa.

The system of both cats is again in a superposition state,

Le système des deux chats est encore dans un état de superposition,

with each outcome having a 25% chance rather than 50%.

chaque résultat ayant une probabilité de 25% au lieu de 50%.

But here's the cool thing:

Mais voici ce qui est sympa :

quantum mechanics tells us it's possible to erase

la mécanique quantique nous dit qu'il est possible d'éliminer

the both cats alive and both cats dead outcomes from the superposition state.

les résultats « 2 chats vivants » et « 2 chats morts »

de l'état de superposition.

In other words, there can be a two cat system,

En d'autres termes, il peut y avoir un système à deux chats,

such that the outcome will always be one cat alive and the other cat dead.

de sorte que le résultat sera toujours : « un chat vivant et l'autre chat mort.»

The technical term for this is that the states of the cats are entangled.

Le terme technique pour ça est que les états des chats sont « intriqués ».

Mais il y a quelque chose de vraiment stupéfiant sur l'intrication quantique.

But there's something truly mindblowing about quantum entanglement.

If you prepare the system of two cats in boxes in this entangled state,

Si vous préparez le système de « deux chats dans des boîtes »

dans cet état intriqué,

then move the boxes to opposite ends of the universe,

et que vous les éloignez l'une de l'autre aux confins de l'univers

the outcome of the experiment will still always be the same.

encore une fois, le résultat de l'expérience sera toujours le même.

One cat will always come out alive, and the other cat will always end up dead,

Un chat sortira toujours vivant, et l'autre chat finira toujours mort,

even though which particular cat lives or dies is completely undetermined

bien que nous ignorions complètement lequel des deux vivra ou mourra

before we measure the outcome.

avant que nous ne mesurions les résultats.

How is this possible?

Comment est-ce possible ?

How is it that the states of cats on opposite sides of the universe

Comment se fait-il que les états de chats situés à l'opposé de l'univers

can be entangled in this way?

puissent être intriqués de cette manière ?

They're too far away to communicate with each other in time,

Ils sont trop loin l'un de l'autre pour communiquer à temps,

so how do the two bombs always conspire such that

Alors, comment les deux bombes conspirent-elles de sorte

one blows up and the other doesn't?

que l'une explose et l'autre pas ?

You might be thinking,

Vous pensez peut-être,

"This is just some theoretical mumbo jumbo.

« Tout ça, c'est du bla-bla théorique,

This sort of thing can't happen in the real world."

ce genre de chose ne peut pas arriver dans le monde réel. »

But it turns out that quantum entanglement

Mais il s'avère que l'intrication quantique

has been confirmed in real world lab experiments.

a été confirmée dans des expériences de laboratoire du monde réel.

Two subatomic particles entangled in a superposition state,

Deux particules subatomiques intriquées dans un état de superposition,

where if one spins one way then the other must spin the other way,

où si l'une tourne dans un sens, l'autre doit obligatoirement

tourner en sens inverse

will do just that, even when there's no way

se comporteront exactement comme ça, même quand il n'y a aucun moyen

for information to pass from one particle to the other

pour faire passer l'information d'une particule à l'autre

indicating which way to spin to obey the rules of entanglement.

pour indiquer de quel côté se tourner afin d'obéir aux règles de l'intrication.

It's not surprising then that entanglement is at the core

Il n'est donc pas surprenant que l'intrication soit au cœur

of quantum information science,

de l'informatique quantique,

a growing field studying how to use the laws of the strange quantum world

un champ d'étude florissant sur la façon d' utiliser les lois

de cet étrange monde quantique dans notre monde macroscopique,

in our macroscopic world,

like in quantum cryptography, so spies can send secure messages to each other,

comme dans la cryptographie quantique,

pour que les espions puissent s'envoyer des messages sécurisés,

or quantum computing, for cracking secret codes.

ou l'informatique quantique, pour casser des codes secrets.

Everyday physics may start to look a bit more like the strange quantum world.

La physique quotidienne pourrait ressembler un peu plus

à cet étrange monde quantique.

Quantum teleportation may even progress so far,

La téléportation quantique pourrait progresser si vite

that one day your cat will escape to a safer galaxy,

qu'un jour votre chat pourrait s'échapper dans une galaxie plus sûre,

where there are no physicists and no boxes.

où il n'y a pas de physiciens et pas de boîtes non plus.