Depuis 1935, les physiciens cherchent à comprendre le sens du paradoxe EPR, ainsi nommé d'après les initiales d'Einstein et de ses deux collaborateurs Podolsky et Rosen. Avec cette expérience de pensée, il s'agissait pour le père de la relativité générale de prouver, contre Niels Bohr, que la physique quantique était une théorie "incomplète". Et plus précisément, qu'il était impossible que le comportement de deux particules séparées de milliers de kilomètres puisse être corrélé. Le trio y opposait un principe dit de "réalisme local". Les travaux d'Alain Aspect ont depuis prouvé la réalité de l'intrication quantique, à une échelle macroscopique... mais un bémol subsistait.
Car les démonstrations précédentes utilisaient des données générées par des méthodes relevant de la physique quantique, pour prouver un postulat de physique quantique. Elles étaient issues de générateurs quantiques de nombres aléatoires (permettant de créer des nombres aléatoires en fonction de l'activité de particules élémentaires, par exemple un photon sur un miroir). Pour y remédier, une équipe composée de 12 laboratoires internationaux a eu l'étonnante idée de recourir... à un jeu vidéo joué en simultané par 100.000 personnes, afin de produire des nombres aléatoires par une méthode non-quantique ! Leurs résultats ont été publiés début mai 2018 dans la revue Nature.
Les sciences participatives pour produire du hasard
Tout commence en 2015, lorsque Carlos Abellan, chercheur à l'Institut des sciences photoniques (ICFO) de Barcelone, a l'idée d'appliquer au BIG Bell Test (appelé ainsi en référence aux inégalités de Bell, qui formalisent ce fameux paradoxe EPR) du hasard fabriqué par l'humain, grâce à un jeu vidéo participatif pouvant être joué depuis un navigateur sur smarphone ou ordinateur. "C'était un projet incroyablement ambitieux, qui semblait impossible au départ, mais qui est devenu réalité grâce à l'effort collectif des scientifiques (...) et des dizaines de milliers de personnes ayant participé à l'expérience", se réjouit-il dans un communiqué.
Le principe du jeu (toujours disponible en ligne) : taper des 0 ou des 1 (soit la valeur d'un bit) sur son clavier de façon la plus imprévisible possible. Le jeu récompense d'ailleurs certaines séquences en attribuant des "points d'imprévisibilité". Il a servi de support à une vaste collecte de données le 30 novembre 2016, grâce à 100.000 joueurs connectés simultanément un peu partout dans le monde. En tout, plus de 97 millions de bits ont été collectés pour alimenter durant 12 heures consécutives les expériences de l'équipe internationale.
Mettre à mal la vision d'Einstein
Le hasard produit par l'être humain a ainsi été réinjecté dans plusieurs expériences de physique quantique menées de consorts. Comment ? Afin de déterminer les paramètres d'observation de façon aléatoire. "Ces bits aléatoires ont permis de déterminer comment les différentes particules intriquées allaient être mesurées dans les expériences. Cela nous permet de combler une lacune qui persistait dans nos protocoles de test", a expliqué Andrew White, de l'université du Queensland en Australie. "Chacun des [12] laboratoires a mené une expérience différente afin de tester ce principe dans différents systèmes physiques."
We also found this video from the #BIGBellTest day! It corresponds to the time-bin entanglement experiment.
— QPSA (@QuantumPSA) 10 mai 2018
Here, you can see the human random numbers arriving to the lab and changing the voltages that we send to our experiment.@ICFOnians @TheBellsters pic.twitter.com/I2vleH6iXR
Verdict de l'expérience participative? Exit le réalisme local. Deux particules intriquées au niveau quantique le restent à l'échelle macroscopique, même à des distances gigantesques. "Ce qui m'enthousiasme, c'est que nous ayons pu tester de façon rigoureuse la querelle entre Einstein et Bohr, plus de 90 ans plus tard", a pour sa part réagi Morgan Mitchell, profeseur à l'ICFO, qui a participé au projet. "Et de voir à quel point le facteur humain continue de jouer un rôle : nous avons prouvé grâce aux machines l'existence du boson de Higgs ou des ondes gravitationnelles, mais nous ne pouvions trancher sur ce principe de réalisme local à l'aide de seules machines. Comme s'il avait fallu nous intégrer dans l'expérience pour préserver l'intégrité de l'univers..." Ces résultats de recherche pourront avoir des applications dans le domaine de la cryptographie quantique, où l'intrication quantique joue un rôle clé.
