La réalité quantique façonne le scientifique plutôt que l'inverse

Lors d'un concert de rock durant son adolescence qui devait être un moment charnière de sa carrière, un jeune guitariste poussa son amplificateur à dix, espérant un mur de son qui cimenterait sa légende locale. Au lieu de cela, le fusible a sauté. Le silence qui a suivi n'était pas de ceux qui sont profonds ; c'était celui, embarrassant, qui accompagne une défaillance technique sous les projecteurs. Pendant des années, ce musicien — devenu le physicien d'Oxford Vlatko Vedral — s'est demandé s'il avait simplement été projeté dans une version « malchanceuse » de l'univers. Dans le monde de la physique classique, un fusible saute ou il ne saute pas. Dans le monde quantique, soutient désormais Vedral, l'histoire est bien plus encombrée.

Le récit standard de la mécanique quantique, souvent enseigné comme une série de paradoxes étranges mais établis, place généralement l'observateur humain au centre de la scène. On nous dit que les particules existent dans un état flou de multiples possibilités — la superposition — jusqu'à ce qu'une personne les regarde, moment où la fonction d'onde « s'effondre » en une réalité unique et ennuyeuse. Vedral, professeur de science de l'information quantique à Oxford, fait partie d'un contingent croissant qui trouve cette vision anthropocentrique non seulement confuse, mais probablement erronée. Son argument inverse les rôles : ce n'est pas l'humain qui effondre la réalité, mais la réalité qui enchevêtre l'humain, le ramifiant en de multiples versions qui peuvent encore, dans des conditions très spécifiques, chuchoter les unes aux autres à travers le vide du multivers.

Le mythe de l'observateur privilégié

L'« effet de l'observateur » a longtemps été le chouchou des spéculateurs métaphysiques et des écrivains New Age qui prétendent que la conscience humaine crée le monde. Pour un physicien ancré dans les mathématiques rigoureuses de la théorie de l'information, c'est une source de frustration constante. Le problème avec l'interprétation standard de Copenhague — l'idée que l'observation provoque l'effondrement — est qu'elle ne définit jamais ce qu'est réellement un « observateur ». Nécessite-t-il un doctorat ? Un cerveau ? Une amibe unicellulaire ? Un capteur en silicium ?

Cela dépasse la simple préférence philosophique. Cela représente un passage d'une vision de l'observateur comme « contrôleur » d'événements à celle d'un observateur comme composant au sein d'un système déterministe plus large. Dans le paysage de la recherche européenne, où le programme Quantum Flagship injecte des milliards dans le développement de capteurs et d'horloges quantiques, cette distinction est importante. Si nous supposons que l'observateur est une entité externe magique, nous passons à côté de la réalité de l'ingénierie : chaque pièce d'un ordinateur quantique « observe » toutes les autres, menant à la dégradation rapide de l'information quantique connue sous le nom de décohérence. La lutte de la physique moderne ne consiste pas seulement à réduire la taille des choses ; il s'agit de les empêcher de « voir » le reste de la pièce.

Combien de versions de Bob faut-il pour voir un photon ?

Pour ancrer cela dans le physique, Vedral utilise l'exemple d'un homme nommé Bob. Lorsqu'un photon frappe les lunettes de Bob, il existe en superposition. L'interaction mécanique entre le photon et les molécules du verre, puis les neurones de la rétine de Bob, crée une chaîne d'enchevêtrement. C'est ce que les physiciens appellent une « chaîne de von Neumann ». L'état du photon est désormais lié à l'état de l'œil, lui-même lié à l'état du cerveau.

Crucialement, Vedral soutient que cette chaîne ne s'arrête pas au crâne. Elle s'étend à l'environnement. Si nous n'avons pas l'impression de nous ramifier en de multiples versions à chaque seconde, c'est en raison de la complexité extrême de ces interactions. Une fois que l'information sur ce photon fuit dans les molécules d'air et dans le plancher, les différentes versions de « Bob » deviennent si distinctes qu'elles ne peuvent plus interagir. Elles perdent leur « cohérence ».

Cependant, le cœur mathématique de l'argument de Vedral est que ces branches ne sont pas totalement déconnectées. Dans un environnement hautement contrôlé — qui ressemble davantage à un réfrigérateur à dilution dans un laboratoire de Garching qu'à un concert de rock à Londres — il est théoriquement possible que ces branches interfèrent les unes avec les autres. C'est le phénomène de l'interférence quantique, où deux chemins d'une particule peuvent s'annuler ou se renforcer mutuellement. Vedral suggère que si cela s'applique aux particules, cela doit, en principe, s'appliquer aux versions de « vous » qui sont enchevêtrées avec elles.

L'expérience d'Alice et l'effacement de la mémoire

L'aspect le plus controversé de cette théorie implique la possibilité d'inverser ces interactions. Imaginez une seconde observatrice, Alice, qui a la capacité de manipuler Bob et le photon comme s'ils formaient un seul système quantique. Si Alice peut inverser parfaitement l'enchevêtrement entre Bob et la lumière, elle pourrait effectivement « annuler » l'observation de Bob. Du point de vue de Bob, il n'aurait aucun souvenir de l'événement, mais les mathématiques quantiques sous-jacentes suggèrent que les deux réalités possibles devaient exister pour que l'inversion soit réussie.

Il s'agit essentiellement d'une version macroscopique de l'ami de Wigner, une expérience de pensée qui a été récemment testée dans des environnements de laboratoire à petite échelle. Des expériences à l'Université d'Édimbourg et ailleurs ont montré que deux observateurs différents peuvent réellement être en désaccord sur le « fait » qu'un événement s'est produit, et tous deux peuvent être mathématiquement corrects. Ce n'est pas seulement un échec de la communication ; c'est une caractéristique fondamentale du paysage quantique.

Pour la politique industrielle, c'est ici que la théorie rencontre la pratique. L'investissement européen dans les communications quantiques — comme l'initiative EuroQCI — repose sur le principe que l'information quantique ne peut être ni copiée ni observée sans être modifiée. Si Vedral a raison, et que l'« observation » n'est qu'un type spécifique d'enchevêtrement qui pourrait, en théorie, être manipulé ou même contourné par des observateurs d'ordre supérieur, nos hypothèses actuelles sur la sécurité absolue des réseaux quantiques pourraient un jour nécessiter un réexamen. Si vous pouvez annuler l'observateur, pouvez-vous annuler la sécurité ?

La réalité de l'univers malchanceux

Le scepticisme à l'égard du modèle des « nombreux moi » de Vedral vient souvent des expérimentateurs. Dans les couloirs de l'Institut Max Planck ou les salles blanches de Bosch, l'accent est mis sur l'atténuation du bruit, pas sur la contemplation de l'interférence d'alter ego. L'univers est incroyablement « grumeleux » et bruyant. La probabilité qu'une version de vous issue d'un « univers chanceux » où l'ampli n'a pas sauté affecte réellement votre état physique actuel est si infime qu'elle nécessite plusieurs ordres de grandeur de zéros de plus qu'il n'y a d'atomes dans le monde visible.

Pourtant, Vedral soutient qu'ignorer ces branches est une erreur de logique. Ce n'est pas parce que nous ne pouvons pas mesurer facilement les autres branches qu'elles ne font pas partie de la description fonctionnelle de la réalité. Il voit l'univers comme un ordinateur géant — une perspective partagée par son collègue d'Oxford, David Deutsch. Dans cette vision adjacente à la « théorie du constructeur », la physique ne traite pas de ce qui arrive, mais des transformations qui sont possibles et pourquoi. Si une version de vous existe là où vous avez fait un choix différent, cette possibilité est inscrite dans les conditions initiales de l'univers.

Il existe une tension inhérente ici entre l'école britannique de physique théorique, qui penche souvent vers ces interprétations vastes et englobantes de la réalité, et l'approche plus pragmatique, axée sur l'ingénierie, des pôles quantiques du Rhin-Ruhr. Tandis qu'Oxford s'interroge si le cerveau de Bob est une fonction d'onde quantique, les ingénieurs allemands s'efforcent de garantir qu'un bit quantique puisse rester stable pendant plus de quelques microsecondes à quatre Kelvin. Les deux sont nécessaires, mais ils parlent des langues différentes.

L'anecdote de Vedral sur son groupe de rock rappelle que la science commence souvent par un sentiment personnel d'injustice — le sentiment que les choses auraient dû se passer différemment. La mécanique quantique, à l'entendre, est la seule branche de la science qui permet réellement à ce « différemment » d'exister. Elle suggère que la réalité n'est pas un chemin unique à travers une forêt, mais la forêt tout entière, et que nous sommes simplement trop occupés à regarder nos propres pieds pour voir les autres versions de nous-mêmes marcher parmi les arbres.

En fin de compte, l'idée qu'une autre version de vous façonne votre réalité demeure une hypothèse non prouvée, et peut-être improuvable. Elle se situe à la limite de ce que nous pouvons appeler la science, précisément parce que les « autres versions » sont, par définition, inaccessibles. Cependant, à mesure que nous nous rapprochons de la construction de systèmes quantiques à grande échelle impliquant des millions de particules enchevêtrées, nous pourrions constater que la frontière entre une « expérience de laboratoire » et une « version de la réalité » commence à s'estomper. Pour l'instant, le fusible reste grillé. Oxford a la théorie, mais le reste du monde attend toujours une version de l'expérience qui fonctionne réellement.