Post on 04-Apr-2015
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Téléportation Quantique
Nicolas Gisin Groupe de Physique Appliquée
Université de Genève
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… de la science-fiction au laboratoire de physique …
Téléportation = transfert d’un endroit à un autre sans passage par aucun lieu intermédiaire.
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… de la science-fiction au laboratoire de physique …
• Téléportation science-fiction
• Téléportation « presque quantique »
• Le canal de téléportation quantique: l’intrication et non-localité quantique
• L’expérience de Genève: Téléportation Quantique
• A quoi ça sert?
Téléportation = transfert d’un endroit à un autre sans passage par aucun lieu intermédiaire.
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Emetteur
Récepteur
o
La science fiction
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Emetteur
Récepteur
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La “Téléportation Quantique”
Alice
Bob
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Emetteur
Récepteur
o
Alice
BobLa “Téléportation
Quantique”
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Emetteur
Récepteur
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Alice
BobLa “Téléportation
Quantique”
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Emetteur
Récepteur
o
Alice
BobLa “Téléportation
Quantique”
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Emetteur
Récepteur
o
Mais ça passe par où ?
téléportation transport
• aucune matière
• pas d’onde
• pas de flux d’énergie
• quasi pas d’information
Téléportation = transfert d’un endroit à un autre sans passage par aucunlieu intermédiaire.
Alice
Bob
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Emetteur
Récepteur
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Le canal detéléportationconsiste enparticulesintriquées
Alice
Bob
Mais ça passe par où ?
Intrication:un mot nouveau pourun concept nouveau !
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L’intrication ?Qu’est-ce que c’estque c’est que ça ?!?!?
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ity (Corrélation:
Deux événements sont corréléssi ils survienent souvent en même tempsou l’un juste après l’autre.
Science:Observation de corrélations etdéveloppement d’un modèleexpliquant ces corrélations.
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Corrélation à distanceCause communeÉvénement aléatoire non local
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Comment distinguer scientifiquement entre ces deux
types de corrélations ???
1. Cause commune ?? 2. Hasard global ??
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Corrélation à distance
Observations:1. Quelque soit la position de leur bouton, les lumières
vertes et rouges chez Alice et chez Bob s’allumentau hasard, moitié du temps rouge, moitié verte.
2. Si – par chance – Alice et Bob ont choisit la mêmeposition pour leurs boutons, ils observent toujoursla même couleur.
V R V R
Alice Bob
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BobAlice
1identiques différents
2identiques différents
3identiques différents
1 100 % 0 %
2 100 % 0 %
3 100 % 0 %
Inégalité de Bell: (D. Mermin, Am. J. Phys. 49, 940-943, 1981)
Hypothèse: Ces corrélations sont dues à une cause commune.Les particules sont comme desnano-ordinateurs portant lemême programme.
Exemple de programme “VVR” : position 1 lumière V position 2 lumière V
position 3 lumière R
Alice
Bob
v vR R
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BobAlice
1identiques différents
2identiques différents
3identiques différents
1 100 % 0 %
2 100 % 0 %
3 100 % 0 %
1 2 3
V V V
Si boutons Prob(résultats =)
100 %1/31/31/31/31/31/3
100 %Mélange qcq 1/3 Inégalité de Bell
1/4 3/4
1/4 3/4 1/4 3/4
1/4 3/4 1/4 3/41/4 3/4
Inégalité de Bell: (D. Mermin, Am. J. Phys. 49, 940-943, 1981)
V V RV R VV R RR V VR V RR R VR R R
L’explication par cause commune esten contradiction avec les prédictionsde la physique quantique
Physiquequantique
1/4
Conséquence de l’hyp.cause commune
Alice
Bob
v vR R
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2- source of Aspect’s 1982 experiment
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Violation de l‘inégalité de Bell sur 10 km
1997
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KN
bO
3
9.3 km8.1
km
quantum channel
quan
tum
cha
nnel
F
laserL
P
R+
+
R-+
R+
-
R--
AP
D1 -
AP
D1 +
AP
D2 -
AP
D2 +
&
FS
ZF
S FM
FM
Z
7.3
km4.
5 km
10.9 km
Le Labo
L’explication par causes communes est encontradiction avec les résultats
expérimentaux.
Donc, la Nature n’est pas entièrement locale.On parle de non-localité quantique.
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La non-localité chez Newton Selon la théorie de la gravitation de Newton,
si on déplace une pierre sur la lune, notre poids sur terre est immédiatement modifié.
Newton était très conscient de la non-localité de sa théorie de la gravitation universelle. Newton n’aimait pas du tout cette non-localité, pourtant la physique a vécu avec jusqu’en 1915 (relativité générale d’Einstein).
Newton:« Qu’un corps puisse agir sur un autre à distance, à travers un espace vide est pour moi une si grande absurdité qu’à mon avis aucun homme ayant une faculté de réfléchir avec compétence aux problèmes philosophiques ne peut y tomber. »
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ity )
Différence entre non-localité quantiqueet non-localité chez Newton:
La non-localité chez Newton permettraitde communiquer instantanément à distance.
La non-localité quantique ne permet pasde communiquer. En effet,le “message” consisteraiten bits aléatoires !
Une non-localité sans hasard violerait la relativité.La non-localité quantique avec hasard co-existe pacifiquementavec la relativité.
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L’expérience de Genève: Téléportation Quantique
Photon = particule inséquable (atome) de lumière
Photonpolarisé
Photon dépolarisé( poussière)
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Quai E.Ansermet Plainpalais
2 km defibre optique
2 km defibre optique
Paire de photons intriqués
Alice
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2 km defibre optique
Quai E.Ansermet Plainpalais
Alice
Bob
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Mesure de Bell
les 2 photonsinteragissent
Etes-vous similaires ?
Quai E.Ansermet Plainpalais
4 résultats possibles:0, 90, 180, 270 degrés
Alice
Bob
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Mesure de Bell
les 2 photonsinteragissent
4 résultats possibles:0, 90, 180, 270 degrés
Corrélation parfaite
La corrélation est indépendante de l’état du photon téléporté
Quai E.Ansermet Plainpalais
Alice
Bob
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Téléportation résultats: Probabilité de succès = 93% ± 4%
Téléportation résultats: Probabilité de succès = 93% ± 4%
L’information nécessaire pour terminer la téléportation est infiniment moindre que celle nécessaire pour
décrire la structure téléportée.
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Qu’est-ce qui est téléporté ?
Selon Aristote, les objets sont constitués de substance et de forme, ie de particules élémentaires et d’états quantiques.
La matière et l’énergie ne peuvent pas être téléportées: elles ne peuvent pas être transférées d’un endroit à un autre sans passer par des lieux intermédiaires.
Toutefois, les états quantiques, i.e. la structure ultime des objets, peuvent être téléportés. Donc, un objet peut être transféré d’un endroit à un autre sans jamais exister en aucun lieu intermédiaire! Mais seule la structure est téléportée, la matière reste à la source et doit déjà être présente au récepteur.
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A B C D
Téléportation d’intrication
mesure de Bell
Photons intriqués bien qu’il ne se soient jamais rencontrés
source depaires de photons
intriqués
source depaires de photons
intriqués
téléportation
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Vers un internet quantique
Il nous manque encore la capacité de stocker l’intrication:développer des mémoires quantiques est un gand défi !
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A quoi ça sert ?
A la fascination du physicien (2ème mission de l’Université)
A la formation des étudiants (1ère mission de l’Université) technologie du futur, attrayante technologie des télécoms d’aujourd’hui simplicité mathématique
Aux communications sécurisées de demain (3ème mission de l’Université)
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Application: cryptographie quantique• Inscrivons un message dans la structure d’un système quantique et téléportons-le.• Comme la structure disparaît “ici” pour réapparaître “là”, aucun espion ne peut intercepter le message.
Idée:
www.idquantique.com
Leçon de Physique Appliquée (simplifier un max tout en gardant l’essence):
• Il suffit de téléporter une clé de codage, donc de “téléporter du bruit”.• On peut mettre la source d’intrication chez Alice.
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L’homme qui tire 2x plus vite que la lumièreL’homme qui tire 2x plus vite que la lumière
FAUX ! Pour terminer le processus de téléportation il faut qu’Alice
envoie à Bob le résulat de sa mesure de Bell. Cela représente très peu
d’information, mais cela limite la téléportation à la vitesse de la lumière.
Pas tout faux … le phénomènealéatoire déclenché lors de la mesure de Bell par Alice se manifeste instantanément chez Bob.
Contrôle continue
1. Vrai / Faux ???
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2. Qu’est-ce qui peut être téléporté ?Photon
Atome
Molécule
Virus
Object usuel
C’est fait
C’est fait …depuis qcq mois
Probablementun jour ...
?? Impossible ??
Encore du domainede la science-fiction
2. Qu’est-ce qui peut porter la structure téléportée ?
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Conclusions
• La Nature est encore plus merveilleuse qu’on ne pouvait l’imaginer !
• La physique n’a pas fini de nous surprendre: pour la 1ère fois de son histoire elle est confrontée à des phénomènes qui n’ont pas – et n’auront jamais – d’explications locales !
• Nos notions d’espace, de temps et d’information sont mises à rude épreuve !
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Initiation à la Physique Quantiquepar Valerio Scarani.
Edition Vuibert, 2003(sur Amazon, par exemple)
Une bonne lecture:
2003
Prof.Singapour
Prof.CalgaryCanada
Post-docVienne
Prof. BarceloneFinance Londres
Post-docCalifornie
CEOid QuantiqueGenève
IndustrieZürich
ChercheurCNRS-Nice
Post-docSingapour
IndustrieGenève Secrétaire
scientifiqueGenève