Superposition

La capacité d'un système quantique à exister simultanément dans plus d'un état jusqu'à ce qu'il soit mesuré est appelée superposition. Comme le concept est difficile à comprendre, ce principe essentiel de la mécanique quantique est souvent illustré par une expérience réalisée en 1801 par le physicien anglais Thomas Young. L'expérience des doubles fentes de Young avait pour but de prouver que la lumière est constituée d'ondes. Aujourd'hui, l'expérience est utilisée pour aider les gens à comprendre comment les électrons peuvent agir comme des ondes et créer des schémas d'interférence.

Un faisceau de lumière avec deux fentes verticales est utilisé pour créer cette barrière. La lumière passe à travers les fentes et le motif résultant est enregistré sur une plaque photographique. Lorsqu'une fente est couverte, le motif est celui auquel on s'attendrait : une seule ligne de lumière, alignée sur la fente ouverte. Intuitivement, on pourrait s'attendre à ce que, si les deux fentes sont ouvertes, le motif lumineux reflète deux lignes de lumière alignées avec les fentes. En réalité, la plaque photographique se divise en plusieurs lignes de clarté ou d'obscurité à des niveaux variables. Ce résultat montre qu'il y a interférence entre les ondes qui traversent les fentes dans ce qui semble être deux chemins qui ne se croisent pas. Le photon traverse les deux fentes et suit simultanément tous les chemins possibles pour atteindre sa plaque photographique. D'autres expériences ont porté sur les trajectoires individuelles des photons pour comprendre comment cela pouvait se produire. De manière surprenante, la mesure perturbe d'une certaine manière les trajectoires des photons et, d'une façon ou d'une autre, les résultats de l'expérience deviennent ce qui aurait été prédit par la physique classique : deux lignes brillantes sur la plaque photographique, chacune étant alignée avec les fentes de la barrière. Les scientifiques ont conclu que la superposition ne peut pas être observée directement. On peut seulement voir le résultat, qui est une interférence. Le concept de superposition est un élément clé de l'informatique. Il a des implications importantes sur la façon dont l'information sera stockée et traitée à l'avenir. Les ordinateurs d'aujourd'hui peuvent traiter l'information sous forme de bits de un ou de zéro. Cela revient à allumer ou éteindre un interrupteur. Les superordinateurs quantiques de demain, en revanche, traiteront les informations sous forme de qubits - un, zéro ou une superposition de ces deux états.