Parlons quantique 2.0 : pourquoi nous devons affiner notre langage

La superposition, l’intrication et d’autres facettes déconcertantes du monde quantique sont désormais les forces motrices de diverses technologies révolutionnaires. Alors que le « quantum 1.0 » consistait à interroger les mystères des équations d'ondes de Schrödinger et à mettre en place des expériences intelligentes pour combler les lacunes de la théorie, "quantique 2.0" met les aspects les plus bizarres de la physique quantique au travail de routine. Les ordinateurs quantiques basés sur la superposition, ainsi que les dispositifs de chiffrement reposant sur l'intrication pour les communications longue distance, sont désormais tout devient technologiquement viable.

Mais malgré le croissance florissante de la technologie quantique, une chose qui n'a pas changé est le langage lourd et contre-intuitif que nous utilisons pour parler de tout ce qui concerne le quantique. Même si la réalité de l’intrication et de la superposition dépasse tout doute raisonnable, il est plus exaspérant que jamais de les décrire avec des mots. Phénomènes quantiques étranges, mais cela ne veut pas dire que nous devons nous contenter d’un langage étrange pour les décrire.

Dès les premiers jours de la mécanique quantique, Albert Einstein, Niels Bohr, Werner Heisenberg et d’autres se sont efforcés de comprendre cette nouvelle physique non classique du quantique 1.0. Leur combat concernait un écart entre la manière dont nous parlons des phénomènes et la manière dont nous les rencontrons en laboratoire. Cet écart a été créé par le langage métaphorique imparfait encore largement utilisé pour caractériser les phénomènes non classiques.

Même si la réalité de l’intrication et de la superposition dépasse tout doute raisonnable, il est plus exaspérant que jamais de les décrire avec des mots.

Le concept d'« enchevêtrement » ne peut s'empêcher d'évoquer deux (ou plus) choses discrètes tissées ensemble mais également séparées d'une manière ou d'une autre, comme des écheveaux de fil emmêlés. Quant à la « superposition », elle évoque l’image d’un nuage d’états différents juste avant qu’une cause extérieure ne sélectionne un état, tandis que les autres disparaissent. Ou pensez à des termes et des expressions comme « champ », « chemin », « auto-interférence », « effondrement d'une fonction d'onde » ou « photon choisissant de remonter le temps ». Il y a un grand écart entre ce qui est représenté et les phénomènes qu'ils qualifient.

La langue compte

Les physiciens ont généralement une compréhension suffisamment intuitive de ce qui se passe lorsqu'ils sont immergés dans leur métier pour ne pas être gênés par ces termes, même s'ils restent parfois un mystère. Cependant, dans le quantum 2.0, avec ses appareils et applications futures qui seront bientôt monnaie courante, nous devons faire attention à la manière dont nous utilisons le langage que nous avons hérité du quantum 1.0. Il y a deux raisons à cela.

Le premier est la clarté. Si les scientifiques ne peuvent pas décrire clairement le fonctionnement de ces appareils et applications, ces appareils semblent mystérieux et surnaturels. Un langage effrayant et contre-intuitif donne également l’impression que les scientifiques sont des prêtres, des individus oints qui se connectent avec l’au-delà. Si les physiciens ne peuvent pas exprimer les choses dans un langage que les autres comprennent, cela implique qu'aucun langage n'a de sens, ou que les physiciens ne peuvent pas en trouver un qui le fasse, ou qu'ils inventent des choses. Cela encourage en fin de compte le scepticisme et le déni de la science, ainsi que l’acceptation de l’analphabétisme scientifique.

Une deuxième raison est pratique. Trouver le langage approprié pour les effets quantiques peut aider à éviter toute confusion dans le développement des technologies quantiques 2.0. De mauvaises métaphores peuvent rendre certains types d’appareils (téléphones quantiques, appareils de téléportation humaine) physiquement plus plausibles qu’ils ne le sont. D’un autre côté, prendre les métaphores trop littéralement – ​​en se rapprochant trop des images qu’elles évoquent – ​​peut faire pencher la pensée des designers dans la mauvaise direction. De meilleures images du réel permettront de planifier de meilleures expériences pour l’étudier.

Quand physiciens et philosophes réalisent qu'ils partagent une noble vérité

Le mot "enchevêtrement", par exemple, est une bonne manière de parler de physique quantique dans certains domaines lorsque l’on peut exprimer le comportement en termes de particules. Mais nous ne pouvons pas considérer les états énergétiques discrets dans un champ de manière trop littérale comme des particules ; c'est-à-dire indépendants les uns des autres. Pour ce faire, il faudrait un mécanisme pour leur dépendance. Cela nécessiterait à son tour d’autres métaphores, comme la fonction d’onde étant capable de « choisir » ses états, ce qui nécessiterait soit des effets non locaux, soit une communication supraluminique.

Quant à la « superposition », c'est aussi une métaphore qui fonctionne dans certaines situations, comme celles où il semble que des possibilités existent simultanément. Mais cela suggère qu’il existe une sorte de « conteneur de possibilités » – comme un électron dans un puits de potentiel – qui n’apparaît qu’à l’échelle quantique. Cela implique à son tour que les phénomènes quantiques et classiques sont séparés par une frontière distincte plutôt que par une différence de degré. La métaphore est donc difficile à appliquer, par exemple, aux macromolécules, aux liquides quantiques ou aux fluctuations quantiques proches de l’horizon des événements d’un trou noir, où les deux se mélangent.

Le point critique

Bohr a affirmé que nous ne pouvons pas dresser un tableau littéral des phénomènes quantiques, ce qui constitue un obstacle apparemment insurmontable à un langage précis. Mais il ne voulait pas dire que nous devrions abandonner la tentative de créer un langage que nous comprenons réellement et qui décrit avec précision ce que nous rencontrons. Bohr a lutté avec acharnement pour créer un langage qui concilie la particularité des phénomènes quantiques avec le langage ordinaire utilisé pour décrire des situations expérimentales. Pourtant, il n’y a aucune raison de penser qu’il soit impossible de développer un langage capable de décrire avec succès les phénomènes quantiques.

Il n’y a aucune raison de penser qu’il est impossible de développer un langage capable de décrire avec succès les phénomènes quantiques.

QBisme est une tentative. Langage QBist combine les ressources de la probabilité bayésienne et de la théorie de l'information quantique pour traiter la préparation des systèmes quantiques, non pas comme la sélection d'éléments ressemblant à des ondes ou des particules, mais comme la rédaction d'une évaluation probabiliste des résultats de mesure pour l'utilisateur. Au lieu de considérer, par exemple, un photon avec une polarisation inconnue comme « faisant un choix » concernant sa polarisation lorsqu'il est projeté à travers un cristal de calcite, l'approche QBist traite le résultat comme une « mise à jour » de nos « informations sur le système ».

Ce langage fournit une description unifiée, mais n'insiste pas sur le fait que le photon est « semblable à une particule » ou « semblable à une onde ». Tous les physiciens ne sont pas satisfaits du QBisme, et ce n’est peut-être pas la seule approche de ce type pour caractériser les phénomènes quantiques. Mais toute alternative au QBisme devra nous aider à comprendre ce qui est vraiment déroutant dans la mécanique quantique sans que nous restions bloqués sur les caractérisations passées des énigmes. Si une telle tentative réussit, nous sommes véritablement au seuil du quantique 2.0.

Robert P Crease (cliquez sur le lien ci-dessous pour consulter la biographie complète) est directeur du département de philosophie de l'université de Stony Brook, aux États-Unis. Jennifer Carter est maître de conférences en philosophie à Stony Brook, où Gino Élia est doctorant

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• La source: https://physicsworld.com/a/lets-talk-about-quantum-2-0-why-we-need-to-sharpen-up-our-language/