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La physique quantique Reconstruire ? (II)
Il reste un dernier point à aborder, c'est la reconstruction après téléportation... Vous avez sans doute déjà démonté une radio ou un appareil dont le fonctionnement vous échappait, mais avez-vous pu le remonter ? Plus d'un membre d'équipage de Star Trek préfèrent cuirent personnellement leurs omelettes ou se faire un bon steak à la cuisine plutôt que de manger la nourriture "dupliquée" de bord. Cela appuierait l'idée que la téléportation ou duplication n'est pas complète et n'assure la copie à l'identique que jusqu'au niveau moléculaire, mais certainement pas quantique. Car s'il est facile de mettre en pièce un appareil - tout bébé je pouvais déjà très bien le faire au grand dam de mes parents - il faut un peu plus d'intelligence pour le reconstruire sans oublier une seule pièce du puzzle. Rien que le projet de cartographie du génome humain a demandé quelques années. Si on pourrait le reconstruire en pliant et en repliant et en repliant et en repliant encore l'ADN ainsi reconstruite, on n'en ferait pas pour autant une structure fonctionnelle. Même le biologiste Craig Venter n'y arrive pas encore malgré toutes ses promesses. Car il faut quelque chose de plus pour faire "fonctionner" un organisme, que d'ailleurs dame Nature nous a visiblement laissé sans véritable plan de construction ainsi que nous le découvrirons lorsque nous discuterons des origines de la vie. Des chercheurs se sont appliqués à essayer de construire des cellules artificielles, des monstres mécaniques de plusieurs mètres cubes, sans succès jusqu'à aujourd'hui. Il s'agit en réalité de robots, pas d'organismes vivants.
Les cybernéticiens ont avancé de quelques pas mais sont encore loin de pouvoir créer un homme artificiel comme Data tandis que les modèles informatiques de l'évolution ne font que balbutier. Comme dans Star Trek, les tartines sans goût tomberont encore longtemps du côté confiture ! Si même nous imaginons que la dématérialisation d'un corps humain et le stockage des données sont réalisables, rien qu'en temps de transfert il est impossible aujourd'hui de récupérer ces données. Pour transférer 1028 KB à travers un réseau numérique à 100 MB/sec il faudrait grosso modo 25 mille milliards d'années (2.5x1013 années) ! Quand vous évacuez une planète peuplée de carnassiers ou en train d'exploser vous n'avez pas vraiment ce temps devant vous, mais tout au plus quelques secondes ! Comme le dirait Mr. Spock, la mort est la suite logique de cet éventualité. L'affaire est donc entendue, la téléportation à la Star Trek restera encore pour longtemps de la science-fiction. L'impossible problème d'Alice Jusqu'ici nous avons vaguement évoqué la question centrale du débat, les problèmes que nous posent la physique quantique avec ses superpositions d'états et ses états corrélés imbriqués dans le cadre d'une téléportation. Car outre l'énorme quantité d'information à transmettre pour laquelle nous n'entrevoyons pas de solution, il demeure un problème fondamental : quelle information transmettre ? Car la physique quantique nous pose en effet un noeud gordien : comment téléporter quelque chose quand on ne sait pas de quoi il s'agit ? Explications. La reconstruction quantique est d'autant moins envisageable qu'en vertu des lois de la physique quantique, la reproduction à distance d'un état imbriqué (par exemple l'état de spin de deux particules corrélées) est impossible selon nos connaissances actuelles. Ainsi que nous l'avons expliqué à propos de l'interprétation de la physique quantique, tout tient dans les étranges propriétés des particules élémentaires en corrélation, et plus généralement des lois qui régissent la physique quantique que connaissent bien tous les adeptes des univers multiples tout comme Alice et le chat de Schrödinger... Les physiciens idéalistes nous disent qu'à partir des corrélations existant entre deux particules, initialement dans un état quantique imbriqué, si on effectue une mesure à la fois sur une des particules de la paire corrélée et une particulière supplémentaire, si on envoie l'information par une voie classique à destination, l'opérateur distant pourrait alors placer l'état quantique de la paire corrélée exactement dans le même état quantique que l'état initial de la particule supplémentaire. Son état quantique serait ainsi téléporté et le sujet pourrait être totalement reconstruit sans que l'opérateur n'ait à connaître l'état réel de chaque particule. Ca c'est mal connaître la réalité du "flou quantique" !
En effet, ainsi que nous l'avons dit à propos de la déconstruction avant téléportation, il est impossible de demander à Alice d'orienter un appareil dans une direction donnée et d'attendre que le résultat prévu apparaisse. Car en réalité, si Alice peut téléporter une particule, elle ne peut pas choisir l'état quantique à téléporter : si on lui donne un spin dans un état arbitraire, elle sera bien en peine de le déterminer par une mesure unique ou même par plusieurs mesures car les probabilités de résultats ne dépendent plus que du résultat de la première mesure... On en revient donc à notre conclusion initiale : les règles de la physique quantique et des mathématiques interdisent de mesurer un état qui dépend de paramètres continus alors que les résultats de mesure sont discrets. Même si Alice parvenait à transmettre la description de l'état de la particule à son correspondant, il s'agirait d'une information discrète. Or celle-ci ne permet pas de reconstruire un état qui dépend de paramètres continus. En fait son correspondant dispose déjà de pratiquement toutes les informations sur l'état quantique à reproduire, qui lui sont parvenues quasi instantanément, sauf une, la valeur d'un nombre discret qui peut prendre 4 valeurs (2 états de spin pour chaque particule), la partie "continue de l'information" (si information il y a) étant déjà présente. Comme Alice, il dispose de la particule dans son état désiré, mais il ne peut pas le connaître en effectuant des mesures. Ce phénomène n'est pas une vue de l'esprit purement théorique. Il a été prouvé à maintes reprises par les physiciens. Il existe un lien assez étroit entre la téléportation quantique et le principe de non-localité des mesures (voir le paradoxe EPR, les inégalités de Bell ou les égalités de GHZ par exemple qui traitent tous des violations quantiques du réalisme local). En bref, malheureusement la téléportation demeurera encore longtemps du domaine de la science-fiction, aussi longtemps que nous appliquerons les lois de la physique quantique, de la relativité et des probabilités. Warp facteur trois, Mr Sulu ! Si le sujet vous intéresse le Dr Lawrence M. Krauss, qui préside la chaire du Département de physique à l'Université Case Western Reserve de Cleveland, USA, a écrit en 1995 "La physique de Star Trek”, un ouvrage de 200 pages préfacé par Stephen Hawking publié aux éditions de la Planetary Society Library et chez Bayard Editions Sciences pour la version française.
Devenu un best-seller, cet ouvrage nous explique ce qui se cache derrière la technologie embarquée à bord de l'USS Enterprise telle que le "téléport", le "Warp drive", l'"Holodeck", les phaseurs ou les écrans d'énergie. Il nous explique également ce que sont réellement des objets aussi étranges que l'antimatière, les quasars, les trous noirs, les solitons ou les cordes cosmiques. Tout aussi passionnant, Krauss aborde les paradoxes de la "vitesse lumière", du vol relativiste ou des nouvelles dimensions. Cet ouvrage fut élu "Book of the Month" et sérialisé dans le numéro de novembre 1995 de "Wired magazine". Krauss
sait de quoi il parle en effet, puisqu'il s'occupe
quotidiennement de physique quantique, mesurant la
symétrie électrofaible et autres courants neutres.
Il est aussi l'un des rares auteurs d'ouvrages de
vulgarisation à maîtriser des concepts aussi
étranges que les axions, la transition de phase
électrofaible ou la symétrie CP forte.
Bref dans l'esprit de Krauss, la radiation de Hawking ou le rayonnement micro-onde fossile est aussi limpide que l'explication de la nature des étoiles neutrons, pour ne citer que quelques sujets qu'il aborde dans son livre. Enfin, bien que d'un certain côté "Star Trek" soit une oeuvre de prospective, Krauss n'oublie pas de signaler les erreurs grossières ou les paradoxes concernant le zéro absolu, l'horizon des événements des trous noirs, les rayons des phaseurs ou la "consistance" du docteur holographique. Bien que l'ouvrage souffre de quelques mineures erreurs de traduction, il mérite votre attention si vous vous intéressez aux sciences ainsi qu'aux applications scientifiques des idées véhiculées par les récits de science-fiction. Un jour qui sait, nous retrouverons peut-être certaines de ces technologies dans nos hôpitaux, nos laboratoires de recherche, dans les aéroports ou chez les militaires; les deux expériences présentées ci-dessus vont en tous cas dans ce sens. Klauss conclut avec optimisme : "si la science du XXIIIeme siècle aura peu de rapport avec Star Trek, je n'en pense pas moins que la science de demain sera plus remarquable encore". Et Genre Roddenberry de conclure: "L'homme est une créature remarquable, ses capacités sont considérables, et j'espère que Star Trek a contribué à montrer ce à quoi nous pouvons prétendre, si nous avons foi en nous-mêmes et en nos possibilités".
Pour plus d'information Internet contient peu d'information sur la téléportation et souvent les quelques pages françaises qui s'y rapporte n'approfondissent pas les problèmes liés à cette technologie. Quelques rares sites anglo-saxons s'y attardent toutefois. Evidemment on y retrouve toujours les mêmes sites de référence, preuve de leurs compétences multi-disciplinaires. Physics and Star Trek: Encyclopedia, All Experts NASA Researchers Put New Spin On Einstein's Relativity Theory (Entanglement), ScienceDaily, 2003 Quantum Teleportation, Information and Cryptography, David M. Harrison/U.Toronto, 2001 How Teleportation will work, How Stuff Works, 2000 Quantum teleportation, Caltech, 1998 Quantum teleportation, IBM, 1995 An Overview of the Transactional Interpretation, J.G.Cramer, 1988 The Transactional Interpretation of Quantum Mechanics, J.G.Cramer, 1986 L'expérience de Innsbruck est relatée dans Nature N° du 11 décembre 1997 par Dik Bouwmeester et al., Anton Zeilinger, ainsi que par Tony Sudbery de l'Université de York dans le même numéro. Physical Review Letters, Vol.70, pp1895-1899 (29 mars 1993) aborde le sujet dans "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels" par Charles H. Bennett et al. Cet article ainsi qu'un tutoriel sont disponibles sur le site de C.Crépeau Effets d'annonce 'Teleporting' over the internet, BBC, 2005 Teleportel (système de visioconférence fondé sur les codecs PCS-1P et PCS-G70B), voir cette revue, 2004 New Scientist, Teleporting larger objects becomes real possibility, 2002 It's Teleportation -- For Real, Wired News , 2001 Science, sur la téléportation d'un état quantique dont voici un résumé du Caltech, 23 octobre 1998 Sur les projets d'ordinateurs quantiques L'ordinateur quantique (sur ce site) Un ordinateur quantique en 2020 ?, Admiroutes A Brief History of Quantum Computing, Simon Bone et Matias Castro The Quantum Computer, Jacob West, Caltech Quantum computation: a tutorial, S.L. Braunstein, U.York John Preskill's course on QC, J.Preskill, Caltech Centre for Quantum Computation, Qubit Institute for Quantum Computing, IQC NMR Quantum Computation Project, MIT Quantum Information at IBM, IBM Fraunhofer Quantum Computing Services, Fraunhofer Institut Je remercie le Dr Lawrence M. Krauss pour sa participation.
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