Des chercheurs de la TU Wien ont détecté un haut degré d’intrication quantique dans un cristal d’un centimètre, composé de cérium, de palladium et de silicium. Cette découverte prouve que des phénomènes quantiques peuvent exister dans des objets macroscopiques, dépassant ainsi les limites habituelles des particules isolées.
L’approche de la « fourmilière » pour observer le macroscopique
La physique quantique est traditionnellement le domaine de l’infiniment petit : atomes, photons et molécules isolés. Cependant, l’équipe de la TU Wien a déplacé le curseur vers des objets que l’on peut tenir dans la main. Plutôt que de tenter de placer l’intégralité d’un cristal dans un état de superposition — un défi technique colossal — les chercheurs ont analysé le comportement collectif de ses composants.
Notre approche est différente. Nous n’essayons pas de placer le cristal dans son ensemble dans une superposition de deux états. Au lieu de cela, nous nous demandons si ses constituants sont — collectivement — dans un tel état d’intrication.
Pour illustrer ce concept, la chercheuse utilise l’analogie d’une fourmilière. Lorsqu’une perturbation affecte le nid, la réponse provient de la colonie agissant de concert, et non d’une fourmi isolée. Dans le cristal de « métal étrange » étudié, les particules se comportent de manière similaire, coordonnée et collective, révélant une intrication qui persiste malgré la taille macroscopique de l’objet.
L’information de Fisher quantique comme outil de mesure
L’identification de cette intrication a été rendue possible grâce à l’information de Fisher quantique, un cadre théorique développé par le physicien Peter Zoller et ses collègues. Cet outil permet de mesurer la sensibilité d’un système quantique face à un changement.
Dans un matériau classique, un neutron transfère son énergie à une particule individuelle. Mais dans ce cristal spécifique, la réponse est bien plus forte que la simple somme des parties. Cette sensibilité accrue est la signature directe de l’intrication.
L’information de Fisher quantique quantifie la sensibilité avec laquelle un système quantique répond à un changement. […] En analysant les données, nous avons trouvé une réponse qui ne peut être expliquée en termes de particules indépendantes. Au contraire, elle indique que des groupes d’au moins neuf entités quantiquement intriquées agissent collectivement.
Cette capacité à détecter des signaux extrêmement faibles avec une précision accrue rend l’intrication macroscopique particulièrement précieuse pour la métrologie quantique.
Cent ans après Schrödinger : le problème de la mesure
Cette avancée s’inscrit dans un contexte historique symbolique. L’équation de Schrödinger, soumise en 1926, vient de franchir le cap du centenaire. Si cette équation décrit parfaitement l’évolution des systèmes quantiques non observés, elle laisse en suspens le « problème de la mesure ».
Le paradoxe est simple : une fonction d’onde décrit toutes les possibilités d’un système, mais l’acte d’observer provoque l’effondrement instantané de cette onde vers un état unique. Un siècle plus tard, les physiciens s’interrogent sur la place de l’observateur lui-même dans l’équation.
L’observateur intégré et les référentiels quantiques
Une nouvelle voie de recherche tente d’intégrer l’observateur dans le système pour résoudre ces mystères. L’idée est de décrire le système quantique « de l’intérieur », en traitant les instruments de mesure eux-mêmes comme des objets quantiques.
Cette perspective change la donne pour les outils de précision. Par exemple, une horloge utilisée pour mesurer un système est elle-même soumise aux lois de la mécanique quantique. Selon Joshua Kirklin, physicien au Perimeter Institute, « parce que l’horloge est quantique, elle est soumise au principe d’incertitude ».
L’analyse croisée de ces deux approches — la détection d’intrication dans des cristaux visibles à l’œil nu et la redéfinition du rôle de l’observateur — suggère que la frontière entre le monde classique et le monde quantique est bien plus poreuse qu’on ne le pensait en 1926.
Le défi actuel pour les chercheurs consiste à déterminer jusqu’où cette coordination collective peut s’étendre avant que le bruit environnemental ne détruise l’intrication, tout en affinant les outils de mesure pour ne plus être des perturbateurs externes, mais des composants intégrés du système.
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