L’intrication longue distance

Une centaine de personnes étaient présentes le 17 janvier 2017 pour assister à une conférence organisée par la Coordination des associations techniques de Montluçon, à laquelle appartient la représentation locale d’Arts & Métiers Alumni. Sur l’estrade, Robert Desbrandes (Cl. 41) a détaillé une expérience qui pourrait révolutionner nos télécommunications.

Robert Desbrandes et son fils Franck, ingénieur en électronique, dans leur laboratoire de Givarlais (Allier). En haut à gauche, l’Américain Daniel Lee Van Gent, partenaire de l’expérience depuis Stillwater (Oklahoma). Photo : DR
Robert Desbrandes (Cl. 41).
Né en 1924, Robert Desbrandes a commencé sa carrière dans le pétrole, chez Schlumberger. Au Venezuela, il améliore les techniques de prospection, ce qui attire l’attention de sa hiérarchie qui l’intègre dans le laboratoire de Houston (Texas). Ingénieur à l’Institut français du pétrole (IFP), il obtient en parallèle son doctorat en physique et enseigne à l’École nationale supérieure du pétrole (1958-1982), puis à l’université de Houston (1982-1984) avant que l’université d’État de Louisiane ne le débauche (1984-1994). Ses livres, dont «Théorie et interprétation des diagraphies», font encore autorité. C’est à Bâton-Rouge qu’il s’intéresse à la mécanique quantique avec son ami physicien Dan Van Gent. De retour en France (2004), il continue à défier les mystères de l’intrication quantique et, à 93 ans, ne manque pas sa marche hebdomadaire de 10 km. Photo : DR

L’amphithéâtre de l’IUT d’Allier Montluçon a accueilli ce 17 janvier une présentation scientifique révolutionnaire. Celle du chercheur Robert Desbrandes (Cl. 41), toujours alerte du haut de ses 93 ans ! L’homme s’intéresse aux ondes gravitationnelles et à la physique quantique depuis la fin des années 1990. Il collabore étroitement avec son alter ego américain, Daniel Lee Van Gent, les deux scientifiques réalisant leurs premières expériences de communication quantique avec des nucléides isomères (1) à Bâton-Rouge en Louisiane (États-Unis).

De part et d’autre de l’Atlantique

De retour en France, en 2004, Robert Desbrandes crée son laboratoire, à quelques mètres de chez lui, dans la lande de Givarlais (Allier) et poursuit avec l’Américain son travail sur la communication quantique avec des matériaux photoluminescents et thermoluminescents (2). Il construit ainsi des appareils capables de mesurer les photons individuels émis par les matériaux thermoluminescents à température ambiante. D’abord à 4 mètres de distance, puis à 30 mètres, il découvre la corrélation du signal photonique mesuré permettant une amélioration de la détection des communications quantiques (3). Il remet à contribution son collègue Dan Van Gent, alors localisé à Stillwater (Oklahoma), pour mettre en place une expérience transatlantique. La distance qui les sépare est de 8 000 kilomètres et c’est un succès : un signal est détecté.
Voici l’explication simplifiée (4) de cette expérience qui défie l’une des règles de la théorie de la relativité chère à Albert Einstein, à savoir l’impossibilité de transporter (5) une information sans support physique et sans énergie à une vitesse supérieure à celle de la lumière. La phase 1 de l’expérience consiste à irradier ensemble par une source de rayons X deux pastilles de fluorure de lithium (LiF) dopées (dont les atomes dopants sont Mg, Cu, P) à une dose de 2 Gray (6). Après irradiation, certains électrons énergétisés par les rayons X sont piégés dans des orbitales des atomes dopants. En mécanique quantique, lorsque deux particules élémentaires interagissent, puis se séparent, elles restent reliées tant qu’elles n’ont pas d’interaction avec leur environnement : ces deux particules sont intriquées entre elles, quelle que soit la distance qui les sépare. Des paires d’électrons piégés sont donc intriqués et localisés dans les deux pastilles. Certaines paires forment des liaisons quantiques entre les deux pastilles A et B. La pastille A est envoyée aux États-Unis, par courrier postal au physicien partenaire.
Dans la phase 2, la pastille B est placée dans l’appareillage de mesure, lui-même introduit dans un tube en acier de 5 mm d’épaisseur afin d’éviter tout rayonnement électromagnétique extérieur [voir photo ci-contre]. Pendant ce temps, le physicien partenaire place la pastille A dans un four pour lui appliquer un profil de température (25 °C-250 °C-25 °C). Simultanément, on mesure l’émission photonique (luminescence) de la pastille B distante à l’aide d’un compteur de photons. Lorsque, dans la pastille A, un électron piégé intriqué a une interaction avec son environnement (ici par les phonons [7] de chaque valeur de température appliquée), la paire d’électrons intriqués décohère, autrement dit la propriété d’intrication cesse. Et, instantanément, l’autre électron piégé dans la pastille B décohère aussi, produisant une émission photonique dans 50 % des cas.

Cet appareil contenant l’une des deux pastilles de fluorure de lithium (LiF) irradiées et le compteur de photons est plongé dans un tube métallique de 5 mm d’épaisseur afin d’éviter tout rayonnement électromagnétique extérieur durant l’expérience.

La décohérence reste inexpliquée

Les travaux expérimentaux du professeur Nicolas Gisin en 1997 ont montré que la décohérence d’une paire de photons intriqués éloignés de 10 kilomètres est pratiquement instantanée (8). Cette instantanéité est aujourd’hui confirmée à grande distance. Mais la propriété de polarisation des photons ne permet pas de communiquer une information à distance. Elle autorise seulement la mise en œuvre d’un protocole de cryptographie quantique.
Par contre, la décohérence d’une paire d’électrons se manifeste par la prise d’un sens aléatoire de spin (9) de l’électron de la pastille A. L’électron intriqué de la pastille B prend aussitôt un spin opposé incompatible de l’état métastable dans 50% des cas, ce qui permet l’obtention d’un signal distant avec plusieurs paires d’électrons.
D’ores et déjà, Robert Desbrandes entrevoit la suite : «On ne sait pas encore expliquer le mécanisme de la décohérence, mais on peut avancer que l’électronique, l’informatique et les télécommunications seront révolutionnés.» Et c’est logiquement que Robert Desbrandes et sa famille ont créé E-Quantic Communications, une société chargée de promouvoir ces nouvelles technologies.

(1) Brevet européen EP 1 743 344 B1.
(2) Brevet européen EP 1 779 561 B9.
(3) Brevet européen EP 2 036 227 B1 et US 8,391,721 B2 délivré par USPTO (United State Patent Office).
(4) Une explication détaillée paraîtra dans l’article «Experiments of Quantum Communication» proposé à la conférence QCRYPT 2017 (18-22 septembre 2017, Cambridge, GB).
(5) Plusieurs équipes de chercheurs ont confirmé le caractère non local de
la physique quantique mais la non-localité était supposée ne pas permettre la transmission instantanée d’information. En savoir plus.
(6) Gray : unité de mesure des rayons X absorbés.
(7) Phonon : quantum d’oscillation associé aux vibrations collectives des atomes dans un réseau cristallin.
(8) Nicolas Gisin, «L’impossible hasard. Non-localité, téléportation et autres merveilles quantique», éd. Odile Jacob, Paris, 2012.
(9) Spin d’un électron : moment magnétique (nombre quantique +1/2, -1/2).

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