Liaison, 30 novembre 2000
Un chat à la rescousse des informaticiens
SOPHIE VINCENT
Comment un chat peut-il être à la fois mort et vivant? Voilà une énigme qui nannonce rien de rationnel ni de bien utile Et pourtant! Jean-Sébastien Landry, étudiant au baccalauréat en physique, explique quen résolvant le paradoxe du chat de Schrödinger, on arrive à mieux comprendre comment pourraient fonctionner les ordinateurs du futur.
Cest cette démonstration qui a récemment valu à Jean-Sébastien le prix de la meilleure présentation orale à la Canadian Undergraduate Physics Conference, qui sest tenue à Québec. Sa présentation avait pour titre "Le chat de Schrödinger : future mascotte des informaticiens?" et était inspirée du mémoire de maîtrise de son collègue Alexandre Blais, étudiant au doctorat.
Jean-Sébastien a basé sa réflexion sur le célèbre paradoxe imaginé en 1935 par Erwin Schrödinger, physicien autrichien considéré comme lun des pères de la physique quantique.
Mort ou vif
La physique quantique est la discipline qui sintéresse à la description des phénomènes à léchelle atomique. Le paradoxe du chat de Schrödinger est une expérience de pensée qui illustre labsurdité de la physique quantique lorsquon la compare à des éléments de la vie courante.
Voici le problème posé par Schrödinger : un chat est enfermé dans une boîte avec une fiole de poison mortel. Dans un coin de la boîte, un atome duranium radioactif et un détecteur conçu pour ne fonctionner quune minute. Pendant cette minute, il y a 50 % de chances pour que latome duranium se désintègre en éjectant un électron qui déclenchera un mécanisme vidant la fiole. Si on ferme la boîte, et quon déclenche lexpérience, le chat sera-t-il vivant ou mort?
La loi des probabilités répond quil y a 50 % des chances que le chat soit mort et 50 % des chances quil soit vivant. Jean-Sébastien explique quen appliquant les lois de la mécanique quantique, on arrive au constat que le chat est à la fois vivant ET mort.
Cest que selon les lois de la mécanique quantique, latome duranium peut à la fois être désintégré et entier. Sans entrer dans les équations mathématiques, disons que cela implique que les particules atomiques peuvent exister dans plusieurs états superposés et simultanés, comme dans des mondes parallèles.
"Cela nous semble absurde si lon se fie à notre intuition naturelle, mais cest parfaitement logique en physique quantique, explique Jean-Sébastien. Une des explications de ce paradoxe est la décohérence, un principe mathématique qui permet dexpliquer pourquoi nous nobservons pas de superposition détats à léchelle humaine, par rapport au monde quantique."
Du chat à la souris
Mais quel lien y a-t-il entre le chat de Schrödinger et linformatique? Jean-Sébastien Landry explique que depuis quelques années, les chercheurs travaillent à mettre au point les futurs ordinateurs quantiques : "Le défi est de réduire la dimension des composantes électroniques et daugmenter la rapidité de calcul des ordinateurs. Bientôt, les composantes seront tellement petites quà cette échelle,elles vont nécessairement présenter des comportements quantiques."
Et quest-ce qui distingue un ordinateur quantique dun ordinateur classique? "Dans un ordinateur classique, linformation est emmagasinée sous forme de bits, cest-à-dire de valeurs 0 ou 1, que lon structure selon des opérations logiques. Un éventuel ordinateur quantique emmagasinerait aussi linformation sous forme de valeurs 0 ou 1, mais pourrait également superposer ces deux états à la fois, comme pour le chat de Schrödinger."
Cette superposition détats pourrait causer une révolution dans le domaine du calcul, expliquent Vincent Farley et Marie-Ève Gosselin dans le numéro dautomne 1999 de la revue LAttracteur du Département de physique1. "Plutôt que de faire des opérations en série, un ordinateur quantique pourrait les effectuer en parallèle et, ainsi, réaliser en quelques heures des calculs nécessitant des décennies aux meilleurs ordinateurs classiques. Par le fait même, le pays qui réalisera le premier ordinateur quantique disposera dune arme technologique redoutable pour lespionnage, plus particulièrement pour le décryptage de codes", nous apprennent-ils.
Sceptique?
Toujours pas convaincu quun chat puisse à la fois être mort et vivant, sauf peut-être dans un film de Stephen King? "En physique quantique, il faut accepter que les raisonnements viennent à lencontre de notre mode dintuition normal", soutient Jean-Sébastien Landry.
Létudiant ajoute que lun des plus grands physiciens de ce siècle, Richard Feynman, a déjà dit : "Personne ne comprend la mécanique quantique."
Si le récipiendaire dun prix Nobel le dit
1 Voir larticle "Un petit café ?!?" dans LAttracteur, no 8 (automne), 1999, à ladresse www.physique.usherb.ca/attracte .