Des expériences de cause à effet quantique révèlent une non-classicité cachée

Des explications de cause à effet telles que "l'herbe à chat rend les chats heureux", "les blagues provoquent le rire" et "des recherches passionnantes provoquent Monde de la physique articles » sont un moyen utile d'organiser les connaissances sur le monde. Les mathématiques de cause à effet sous-tendent tout, de l'épidémiologie à la physique quantique. Dans le monde quantique, cependant, le lien entre cause et effet n'est pas si simple. Une équipe internationale de physiciens a maintenant utilisé des violations quantiques de la causalité classique pour mieux comprendre la nature de la cause à effet. Au cours du processus, l'équipe a découvert un comportement quantique dans une situation où les méthodes standard indiquent que le système devrait être classique - un résultat qui pourrait avoir des applications en cryptographie quantique.

En physique quantique, un résultat connu sous le nom de théorème de Bell stipule qu'aucune théorie qui intègre des variables locales "cachées" ne peut jamais reproduire les corrélations entre les résultats de mesure prédits par la mécanique quantique. Un résultat similaire se produit dans la théorie de l'inférence causale, où les systèmes quantiques défient également les règles du raisonnement causal classique. L'idée derrière l'approche d'inférence causale est que si une corrélation statistique entre deux variables peut survenir en raison d'une relation causale directe entre elles, la corrélation peut également contenir la contribution d'une cause commune cachée. Dans certains cas, cette contribution cachée peut être quantifiée, et cela peut être utilisé pour montrer que des corrélations quantiques existent même lorsque le théorème de Bell ne peut pas être violé.

L'inférence de la structure causale permet d'obtenir un contrôle direct sur la cause et l'effet

Dans les derniers travaux, une équipe dirigée par le physicien expérimental Davide Poderini et ses collègues au Brésil, l'Allemagne, l'Italie et la Pologne combinent théorie et expérience pour montrer des phénomènes quantiques dans un système qui, autrement, semblerait classique. Les chercheurs explorent la notion de cause à effet en examinant si les corrélations entre deux variables, A et B, impliquent que l'une est la cause de l'autre, ou si une autre variable (potentiellement non observée) peut être la source des corrélations.

Dans leur enquête, les chercheurs utilisent un modèle causal (voir image) dans lequel les statistiques de la variable A influencent celles de la variable B, soit directement, soit par l'action d'une source commune (appelée Λ) qui relie le résultat des deux variables même sans la présence d'un lien de causalité entre eux. Pour distinguer ces deux scénarios, les chercheurs effectuent une intervention sur la variable A qui efface toute influence extérieure. Cela laisse la variable A sous le contrôle complet de l'expérimentateur, ce qui permet d'estimer le lien de causalité direct entre A et B.

Alternativement, en introduisant une variable supplémentaire X qui est indépendante de B et Λ, toutes les corrélations observées entre les variables A et B peuvent être décomposées en probabilités conditionnelles. Ces probabilités conditionnelles placent une borne inférieure sur le degré d'effet causal entre les variables, permettant d'estimer le niveau d'influence entre A et B.

Les chercheurs appellent cette borne inférieure une inégalité instrumentale, et c'est une contrainte classique qui (semblable à l'inégalité qui découle du théorème de Bell) découle de l'imposition de cette structure causale à une expérience. En conséquence, le degré d'influence causale quantique entre les variables A et B sera inférieur au minimum requis pour un système classique, permettant d'observer la non-classicité à travers une intervention même lorsqu'aucune inégalité de Bell n'est violée.

Une intervention expérimentale révèle des effets quantiques

Pour observer le processus causal instrumental, les chercheurs ont généré des paires de photons avec des polarisations intriquées et les ont mesurés dans différentes représentations de l'espace d'état, ou bases. Grâce à la nature intriquée des photons, le choix de la base de l'un est déterminé par la mesure de l'autre, produisant un mécanisme de « feed-forward » mettant en œuvre un lien causal direct entre les deux variables. À la suite de ce processus d'anticipation, les chercheurs observent expérimentalement des violations des limites inférieures classiques de l'influence causale entre deux variables en produisant plusieurs états quantiques caractérisés par différents degrés d'intrication.

Comme l'inégalité de Bell, la violation de cette borne inférieure classique représente une signature des corrélations quantiques. De plus, il produit des données statistiques qui peuvent servir de base à tout protocole cryptographique quantique de base. Alors que les protocoles cryptographiques actuels reposent sur le théorème de Bell, déduire la structure causale de l'intervention instrumentale représente une compatibilité plus générale entre la causalité classique et la théorie quantique. Poderini et ses collègues cherchent à expérimenter différents scénarios de causalité pour explorer des réseaux complexes avec des corrélations plus riches, qui peuvent être exploitées pour développer de nouvelles technologies quantiques. Les chercheurs pensent que leurs techniques expérimentales pourraient conduire à des avantages quantiques dans les protocoles cryptographiques, permettant de réaliser des outils cryptographiques plus résistants et moins exigeants sur le plan technologique.

Le poste Des expériences de cause à effet quantique révèlent une non-classicité cachée apparaît en premier sur Monde de la physique.

• Coinsmart. Le meilleur échange Bitcoin et Crypto d'Europe.
• Platoblockchain. Intelligence métaverse Web3. Connaissance amplifiée. ACCÈS LIBRE.
• CryptoHawk. Radar Altcoins. Essai gratuit.
• Source : https://physicsworld.com/a/experiments-with-quantum-cause-and-effect-reveal-hidden-nonclassicality/