Tester la physique quantique dans l’espace


Une équipe comprenant des chercheurs de l’Institut Périmètre vient d’obtenir des fonds pour mettre au point un petit satellite destiné à tester la physique quantique dans l’espace.Une équipe comprenant des chercheurs de l’Institut Périmètre vient d’obtenir des fonds pour mettre au point un petit satellite destiné à tester la physique quantique dans l’espace.

Ce satellite a été imaginé par une équipe de chercheurs, dont Raymond Laflamme, professeur associé à l’Institut Périmètre, Thomas Jennewein, chercheur affilié à l’Institut Périmètre, et de nombreux collaborateurs de l’Institut d’informatique quantique (IQC), partenaire de l’Institut Périmètre. Il est l’un des deux petits satellites dont la mise au point par des chercheurs de la région de Waterloo a été autorisée. Le 21 février dernier, l’Agence fédérale de développement économique pour le Sud de l'Ontario (FedDev Ontario) a annoncé une subvention de 6,4 millions de dollars pour les deux projets.

Le satellite de l’IQC sera un microsatellite, de la taille d’une boîte de dossiers, et il sera donc relativement facile et peu coûteux de le mettre en orbite. Ce satellite aura pour fonction d’effectuer diverses expériences d’optique qui serviront à tester directement la physique quantique.

Il peut sembler inutile de tester la physique quantique puisque, de toute la physique, c’est la théorie qui a été testée le plus en profondeur. Elle prédit avec une précision stupéfiante, de l’ordre du millième de milliardième, de nombreuses propriétés des particules fondamentales. Et pourtant, la mécanique quantique n’a jamais été testée à des échelles supérieures à la centaine de kilomètres. Elle n’a jamais non plus été mise à l’épreuve dans un champ gravitationnel variable. La transmission de signaux entre un satellite et une station au sol permettrait de combler ces lacunes.

Ces tests sont particulièrement importants, parce que nous savons que la mécanique quantique est incomplète, puisqu’elle n’est pas encore unifiée avec la théorie de la gravitation – la relativité générale. À de grandes échelles et dans des champs gravitationnels variables, on pourrait observer des interactions entre la gravitation et la mécanique quantique. Si c’est le cas, un laboratoire satellitaire devrait être idéal pour mesurer les effets de telles interactions, ou du moins déterminer une borne supérieure de l’intensité de ces effets. Ces expériences pourraient même permettre de départager des théories concurrentes sur les interactions entre la gravitation et la mécanique quantique.

Les expériences menées à l’aide de satellites ont aussi des implications en informatique quantique. On croit souvent que la mécanique quantique régit le monde de l’infiniment petit; à l’échelle humaine, les effets quantiques deviennent invisibles, et tout se passe comme si nous vivions dans un monde classique. Mais le domaine de l’information quantique nous a appris que cela n’est pas tout à fait vrai. Nous avons plutôt découvert que les effets quantiques apparaissent dans des systèmes qui sont isolés de leur environnement. À petite échelle, il est facile d’isoler des systèmes, mais il devrait être en principe possible de construire un système isolé qui soit de grande taille.

La construction d’un système de grande taille présentant des effets quantiques constitue l’un des défis à relever pour réaliser un ordinateur quantique. La construction d’un grand système quantique sous forme d’un réseau Terre-satellite pourrait servir non seulement à prouver que la mécanique quantique est valable à une grande échelle, mais aussi à démontrer la faisabilité d’ordinateurs quantiques utilisables en pratique.

Le satellite sera mis au point par une équipe de chercheurs universitaires et de partenaires du secteur privé, sous la coordination de Communitech, une association locale de technologie. Le lancement n’aura lieu que dans quelques années.

 POUR EN SAVOIR PLUS

• Lire un article paru dans l’édition du 1er mars de Physics World

• Lire le communiqué de presse de FedDev Ontario

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