Des physiciens créent le « chat de Schrödinger

S’inspirant de la célèbre expérience de pensée du physicien autrichien, des chercheurs ont créé le chat de Schrödinger le plus lourd à ce jour, sondant les frontières entre la physique quantique et classique.

Sonder les frontières entre physique quantique et classique

À l’échelle quantique, les particules peuvent se comporter d’une manière semblant défier la physique telle que nous l’expérimentons quotidiennement. Celles-ci peuvent ainsi exister dans une superposition de deux états à la fois ou se trouver à plusieurs endroits simultanément, ce qui n’est pas possible à l’échelle macroscopique. Mais où se situe exactement la ligne qui sépare les domaines de la physique quantique et de la physique classique ?

C’est là qu’intervient le chat de Schrödinger. Dans ce scénario théorique, un chat est enfermé dans une boîte avec un compteur Geiger, un marteau, une fiole de poison et une source radioactive. Si un atome de la source radioactive se désintègre, le compteur Geiger le détecte, ce qui entraîne le lâcher du marteau, qui brise la fiole, libérant le poison et tuant l’animal.

L’atome radioactif pouvant exister dans une superposition de deux états, selon la physique quantique, cette superposition devrait également s’appliquer à l’ensemble du système, de sorte que le chat soit à la fois vivant et mort. Ce n’est que lorsqu’un observateur ouvre la boîte et jette un coup d’œil à l’intérieur que la superposition s’effondre dans l’un ou l’autre état.

Imaginé pour la première fois en 1935 par le physicien théoricien Erwin Schrödinger, le célèbre félin visait à souligner ce qu’il considérait comme des aberrations de la mécanique quantique, mais qui est finalement devenu une question fondamentale : à quel moment la superposition quantique prend-elle fin et la réalité « choisit-elle » l’une ou l’autre possibilité ?

Un « chat de Schrödinger » record

Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Science, des scientifiques de l’ETH Zurich ont créé le « chat de Schrödinger » le plus lourd à ce jour : un cristal pesant 16 microgrammes, soit à peu près le poids d’un grain de sable fin. Bien plus petit qu’un chat, celui-ci s’avère quelques milliards de fois plus lourd qu’un atome ou une molécule, habituellement utilisés dans ce type d’expériences.

L’objectif n’était pas de savoir si le cristal était vivant ou mort, mais s’il oscillait « vers le haut » ou « vers le bas ». Comme pour le chat, son état était lié à un déclencheur quantique (ici un circuit supraconducteur générant un champ électrique, interagissant avec un second champ créé par les oscillations du cristal sur le matériau les séparant). L’équipe a pu mesurer les oscillations du cristal et a constaté qu’elles s’installaient dans une superposition des deux états.

Si, en rapprochant encore davantage le domaine de la physique quantique de l’échelle macroscopique, une telle découverte va aider les scientifiques à mieux comprendre où se situe la limite, les cristaux utilisés pourraient également permettre de fabriquer des ordinateurs quantiques plus robustes, voire des détecteurs de matière noire et d’ondes gravitationnelles.

Par Yann Contegat, le 3 mai 2023