C’est en vous proposant ma traduction personnelle d’un sujet qui me passionne que je commence l’exemplaire d’avril du « MONDE SELON LA PHYSIQUE »
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Entangled photons cast a new light on cause and effect
Correlation can imply causation in the quantum world, say physicists
L'idée que corrélation n’implique pas causalité est bien connue des scientifiques et des statisticiens, mais récemment des physiciens au Canada ont montré que ce n’ est pas toujours le cas dans le monde étrange de la mécanique quantique.
La recherche en médecine, économie et dans bien d'autres disciplines s’appuie souvent en montrant une corrélation statistique entre deux variables. Il n’ est souvent pas clair, cependant, s’il s agit d’ un changement d'une variable qui cause réellement un changement dans l'autre, ou si les deux variables sont en outre liées à un troisième facteur non mesuré. Dans un essai de médicament, par exemple, un taux de « récupération » plus élevé chez ceux qui prennent un certain type de médicament par rapport à ceux qui choisissent de ne pas prendre ce médicament pourrait être lié à un troisième facteur qui est liée causalement au deux - peut-être ceux qui choisissent de ne pas prendre le médicament sont-ils moins malades que les autres. La réponse consiste à effectuer des essais randomisés de médicaments , dans lequel les médicaments et des placebos sont distribués au hasard. Cela signifie qu'une variable - un patient choisit ou non de prendre le médicament - est contrôlée, plutôt que d'être laissée isolée….
Dans leur dernier travail, une équipe dirigée par Kevin Resch de l'Université de Waterloo au Canada et Robert Spekkens de l'Institut Perimeter pour la physique théorique, aussi à Waterloo, a découvert qu’en mécanique quantique, il est possible de savoir si oui ou non deux variables sont liées causalement sans avoir à contrôler l'une des variables. Les deux variables peuvent en effet être laissées libres, avec un lien de causalité établi uniquement par l'étude de la structure des corrélations qui se dégagent lors des essais répétés du système quantique.
Partenaires intriqués
Spekkens et deux autres théoriciens ont conçu une procédure dans laquelle ils commencent par préparer deux photons dans un état intriqué. Ils mesurent la polarisation de l'un de ces deux photons, appelé A, puis l'envoyent avec son partenaire intriqué passer par une porte. Le photon qui sort de cette porte - noté B - est, dans certains cas seulement une version transformée de A, alors que dans d'autres cas, il reste un partenaire intriqué. Dans le premier cas, A a été la cause de B, tandis que dans le second cas, les deux particules sont liées l’ une à l autre par une cause commune.
Fondamentalement, ces deux possibilités sont combinées en utilisant un générateur de nombres aléatoires, de telle sorte que pendant une certaine fraction du temps l'appareil établit un lien causal direct entre A et B, alors que le reste du temps, A et B restent deux moitiés d'une paire intriquée . En d'autres termes, la personne qui exploite l'expérience ne sait pas s’ ils ont affaire à une seule particule lors de deux moments différents ou à deux particules intriquées.
Resch et deux de ses élèves ont mis en pratique cette procédure en utilisant des polariseurs, puis en faisant l'une des trois mesures sur A – distinguer la polarisation horizontale de la verticale, la polarisation diagonale de l’ anti-diagonale ou la polarisation circulaire gauche de la circulaire droite – et ensuite en effectuant exactement la même mesure sur B. Ils répété ce processus des milliers de fois pour construire des statistiques fiables, avec environ un tiers des manips dédié à chaque type de mesure.
Polarisations correspondante
Les chercheurs ont établi que si A est la cause de B alors le résultat de la mesure de la polarisation sur B peut ne correspondre soit qu'à A pour les trois types de polariseurs soit correspondre pour un seul type. Inversement, si A et B ont une cause commune, alors le résultat sur B sera soit de correspondre à un pour deux des trois polariseurs soit de ne correspondre à aucun d'eux (c’ est à dire que les polarisations mesurées seront toujours différentes). Ces corrélations ont été observées dans la répartition des résultats à partir des milliers de manips , et la forme exacte de cette distribution dépendra du biais que les chercheurs ont choisi d'appliquer au générateur de nombres aléatoires - en d'autres termes, à quel point le générateur pouvait probablement sur n’ importe quelle manip donnée émettre une version transformée de A plutôt que de « recracher » un partenaire intriqué .
De cette façon, l'équipe a été en mesure d'établir un modèle de corrélations qui pourrait à l'avenir être utilisé pour identifier le biais inconnu d'une expérience en boîte noire. Leurs résultats présentent une certaine similitude avec ceux obtenus dans le travail inédit réalisé en 2013 par une équipe dirigée par Vlatko Vedral de l'Université nationale de Singapour et l'Université d'Oxford. Le groupe de Vedral avait découvert des corrélations qui impliquent un lien direct de causalité entre des états quantiques - dans leur cas, entre les spins nucléaires. Ce que Resch et ses collègues ont fait est donc de trouver un ensemble de corrélations qui peuvent prouver soit l'existence d'un lien de causalité soit de causalité communne . "Nous avons découvert ce travail plus tôt, quand nous étions à mi-chemin pour écrire à notre journal», dit Katja Ried à l'Université de Waterloo. "Mais notre travail est plus général. Il est plus symétrique."
Superposition d'états de causalité
Caslav Brukner de l'Université de Vienne et de l'Institut d'optique quantique et de l'information quantique en Autriche loue ce travail «important et intéressant", et il soulève la perspective intrigante , à savoir que les corrélations pourraient exister en une superposition :être à la fois un lien causal et corrélé par une cause commune . Il explique que ces superpositions seraient analogues à celles de la position ou du moment en mécanique quantique. "Si de telles structures existent dans la nature», dit-il, " la nouvelle recherche pourrait se’avérer utile pour les détecter."
Les chercheurs disent que leur travail pourrait aider à mieux comprendre dans quelle mesure l'incertitude quantique est une caractéristique du monde réel, par opposition à une limitation à notre connaissance du monde. Ils croient également que leurs résultats pourraient s’ avérer utiles dans les composants de tests pour les ordinateurs quantiques, en aidant à établir une distinction entre l'entrée d'un composant provoquant sa sortie et une source d'interférence externe agissant sur lesdeux.
La recherche est publiée dans Nature Physics.
A propos de l'auteur :Edwin Cartlidge est un écrivain de science basée à Rome
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MON COMMENTAIRE / J’ai trouvé ce travail intéressant au point d’aller moi-même le chercher sur NATURE PHYSICS pour vous en donner les figures essentielles (et les commentaires en anglais) .J INSISTE sur le fait que l’intrication et la décohérence cités dans l’article et le travail sur la pertinence d’une corrélation ne mettent nullement en cause le Principe de causalité , lequel me reste très cher !
Cf : « A quantum advantage for inferring causal structure”AUTEURS /
Katja Ried, Megan Agnew, Lydia Vermeyden, Dominik Janzing, Robert W. Spekkens & Kevin J. Resch
je vous encourage a lire les exemples donnes par les auteurs
A SUIVRE