La non-localité quantique démontrée dans le premier test sans faille du paradoxe de Hardy

Une équipe de recherche a réussi pour la première fois à tester le paradoxe de Hardy sans faille. L’équipe a démontré avec succès la non-localité de Hardy tout en comblant à la fois la faille d’efficacité de détection et la faille de localité.

Leurs conclusions ont été publiées dans Lettres d’examen physique en tant que « suggestion de l’éditeur ». L’équipe comprend des membres de l’Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l’Académie chinoise des sciences (CAS), dirigés par le professeur Pan Jianwei, Zhang Qiang et Chen Kai, en collaboration avec Chen Jingling de l’Université de Nankai.

Le paradoxe de Hardy, introduit par Lucien Hardy dans les années 1990, propose un test simplifié du réalisme local, l’idée classique selon laquelle les propriétés physiques existent indépendamment de l’observation et qu’aucun signal ne dépasse la vitesse de la lumière. Ce paradoxe expose le conflit entre la mécanique quantique et le réalisme local en démontrant que, dans certaines conditions où trois « événements de Hardy » ont une probabilité nulle, la mécanique quantique prédit une probabilité non nulle pour un quatrième événement, ce qui contredit le réalisme local.

La confirmation expérimentale du paradoxe de Hardy est difficile en raison de la faible probabilité du quatrième événement, ce qui nécessite une grande fidélité et une grande efficacité des sources d’intrication pour le distinguer du bruit. Les expériences précédentes ont été confrontées à deux défis principaux : la faille de localité, où les choix de mesure pourraient affecter les résultats, et la faille d’efficacité de détection, due aux pertes optiques.

Pour remédier à cette lacune, les chercheurs ont soigneusement conçu une configuration expérimentale spatio-temporelle qui garantissait que les choix de mesure étaient de type spatial, séparés à la fois des préparations d’états intriqués et des détections de photons. Cette configuration exclut toute possibilité que les paramètres de mesure soient influencés par les résultats, éliminant ainsi la lacune de la localité.

Pour remédier à cette lacune en termes d’efficacité de détection, l’étude a utilisé une efficacité de détection élevée de 82,2 %, ce qui atténue considérablement l’impact des pertes optiques. De plus, l’intégration de générateurs de nombres aléatoires quantiques à grande vitesse pour la sélection des paramètres de mesure a introduit un élément de véritable caractère aléatoire, protégeant contre toute manipulation potentielle par des variables cachées locales.

En intégrant également des événements non détectés et des événements de double-clic dans leur analyse grâce à une forme raffinée de l’inégalité de Hardy, les chercheurs ont efficacement comblé la faille d’efficacité de détection, présentant un cadre expérimental robuste qui constitue une contribution significative au domaine de la physique quantique.

Enfin, l’expérience, menée sur six heures, a démontré une forte violation du paradoxe de Hardy, avec un niveau de signification allant jusqu’à 5 écarts types sur 4,32 milliards d’essais. Un test d’hypothèse nulle a confirmé que la probabilité d’expliquer les résultats par le réalisme local est inférieure à 10^-16348fournissant des preuves convaincantes en faveur de la non-localité quantique.

Cette recherche approfondit notre compréhension de la mécanique quantique et a des implications importantes pour le développement de technologies quantiques telles que la distribution de clés quantiques et la certification de nombres aléatoires quantiques. Elle marque une avancée en physique quantique, offrant de nouvelles preuves de la non-localité quantique et ouvrant la voie aux futures technologies de l’information quantique.