En 1935, Albert Einstein a cosigné un article visant à exposer une faille fatale dans la mécanique quantique. La faille qu’il avait identifiée, l’intrication quantique, s’est révélée bien réelle. Einstein a passé ses deux dernières décennies à tenter de l’expliquer, la qualifiant de « spukhafte Fernwirkung », soit l’action fantôme à distance[s]. Il a échoué. En 2025, des physiciens du Caltech ont piégé 6 100 atomes dans une grille laser et les ont maintenus en superposition pendant environ 13 secondes, construisant ainsi du matériel pour des ordinateurs capables d’exploiter le phénomène même qu’Einstein refusait d’accepter[s].
Ce qu’est réellement l’intrication quantique
L’intrication quantique se produit lorsque deux particules deviennent liées de telle sorte que la mesure de l’une détermine instantanément ce que l’on trouvera en mesurant l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare. Si deux électrons sont intriqués et que l’on mesure l’un avec un spin « haut », on sait immédiatement que l’autre affichera un spin « bas ». Cette corrélation persiste, que les électrons soient séparés d’un millimètre ou d’une galaxie entière.
Ce qu’enseigne la physique des particules subatomiques est que, avant toute mesure, aucune particule n’a d’état défini. Elles existent en superposition de possibilités. La mesure d’une particule ne révèle pas simplement une propriété préexistante : elle semble déterminer simultanément la propriété des deux particules. C’est ce qui perturbait Einstein. Comment une information pouvait-elle voyager instantanément entre des particules séparées par de vastes distances, alors que sa propre théorie de la relativité interdit à quoi que ce soit de se déplacer plus vite que la lumière ?
L’expérience de pensée EPR
Le 15 mai 1935, la Physical Review publiait un article d’Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen intitulé « La description de la réalité physique par la mécanique quantique peut-elle être considérée comme complète ? »[s] L’article proposait une expérience de pensée, connue aujourd’hui sous le nom de paradoxe EPR, qui cherchait à prouver que la mécanique quantique était incomplète.
L’argument EPR était le suivant : deux particules aux propriétés entrelacées mais indéterminées sont séparées. Puis la propriété de l’une est fixée par une mesure[s]. Si la mesure de la particule A détermine instantanément la propriété de la particule B distante, l’une de deux choses doit être vraie. Soit les particules ont communiqué plus vite que la lumière, ce qui contredit la relativité. Soit les deux particules avaient toujours des propriétés définies ; nous ne les connaissions tout simplement pas avant de les mesurer. Einstein croyait à la seconde option. La mécanique quantique, soutenait-il, était incomplète ; une théorie plus fondamentale expliquerait les corrélations sans abandonner la localité. L’intrication, dans cette perspective, n’était pas mystérieuse mais la trace d’une origine commune, comme deux gants expédiés dans des villes différentes.
Einstein était insatisfait du résultat de l’article. À la lecture de la version publiée, il s’est plaint qu’elle avait obscurci ses préoccupations essentielles : « L’essentiel était, pour ainsi dire, étouffé par le formalisme »[s].
Le théorème de Bell : l’épreuve qu’Einstein n’a jamais connue
Pendant près de trois décennies après l’EPR, le débat est resté philosophique. Puis, en 1964, le physicien John Bell a prouvé qu’aucune théorie de la nature respectant la localité et le réalisme ne peut reproduire toutes les prédictions de la théorie quantique[s].
Le théorème de Bell appartient à une catégorie de théorèmes d’impossibilité mathématique qui contraignent ce que toute théorie physique peut prédire. Si les particules ont des états prédéterminés comme Einstein le croyait, certaines corrélations statistiques entre les mesures doivent satisfaire des limites mathématiques appelées inégalités de Bell. Si la mécanique quantique est correcte, ces inégalités peuvent être violées[s].
Bell a transformé un débat philosophique en question expérimentale. L’univers lui-même devrait répondre.
Les expériences qui ont prouvé qu’Einstein avait tort
En 1982, les expériences d’Alain Aspect en France ont fourni des preuves solides que la mécanique quantique était correcte et que les explications par variables cachées locales étaient exclues[s]. Mais des critiques ont signalé des failles. Peut-être les détecteurs avaient-ils raté certaines particules. Peut-être y avait-il eu le temps pour des signaux de passer entre les stations de mesure.
La réponse définitive est arrivée en 2015, lorsque des chercheurs de l’Université de technologie de Delft ont réalisé le premier test de Bell sans faille. Ils ont intriqué des spins électroniques dans des cristaux de diamant séparés de 1,3 kilomètre. Une lecture efficace du spin a évité la faille de détection, tandis qu’une sélection de base aléatoire rapide et la séparation spatiale ont assuré les conditions de localité[s]. Sur 245 essais, ils ont constaté une violation de l’inégalité de Bell de S = 2,42 ± 0,20, là où la physique classique prédit S ≤ 2. La probabilité qu’un modèle local-réaliste produise de tels résultats était au plus de 3,9 %[s].
Le consensus scientifique est désormais établi : l’intrication quantique est réelle, et la non-localité de type Bell est une caractéristique de notre univers, bien qu’elle ne permette pas une communication plus rapide que la lumière[s].
Pourquoi l’intrication ne permet pas une communication plus rapide que la lumière
Les résultats de mesure sont aléatoires. Quand on mesure une particule intriquée, on obtient un résultat aléatoire. Le partenaire mesurant la particule distante obtient également un résultat aléatoire. Ce n’est que lorsque les résultats sont comparés, à la vitesse de la lumière ou moins vite, que la corrélation devient apparente[s].
C’est le théorème de non-communication. L’intrication quantique ne peut pas transmettre d’information. Les corrélations sont réelles, mais elles sont inutiles pour signaler quoi que ce soit tant qu’une communication classique n’a pas eu lieu. La relativité demeure intacte.
Du paradoxe à la technologie
Ce qu’Einstein considérait comme une faille est aujourd’hui le fondement de l’informatique quantique. En septembre 2025, des physiciens du Caltech ont créé le plus grand réseau de qubits jamais assemblé : 6 100 qubits à atomes neutres piégés dans une grille par des lasers. Ils ont atteint une précision de 99,98 % sur un seul qubit et maintenu la superposition pendant environ 13 secondes, près de 10 fois plus longtemps que les réseaux précédents[s].
En novembre 2025, IBM Quantum a préparé le plus grand état GHZ jamais rapporté : 120 qubits supraconducteurs dans un état de Greenberger-Horne-Zeilinger, atteignant une fidélité de 0,56 ± 0,03, dépassant le seuil de 0,5 requis pour confirmer une véritable intrication quantique multipartite sur l’ensemble des qubits[s].
La même année, des physiciens de BESIII ont étendu les tests d’intrication à la physique des hautes énergies, en utilisant 10 milliards d’événements J/ψ pour tester les inégalités de Bell avec des paires d’hyperons intriqués, obtenant une violation de la théorie des variables cachées locales supérieure à 5,2σ[s]. Contrairement aux expériences sur les photons, les études portant sur des particules massives intriquées sont peu fréquentes[s].
Ce que l’intrication signifie pour la réalité
Les implications restent débattues. Certains physiciens soutiennent que l’intrication quantique révèle quelque chose de fondamental sur la nature de la réalité elle-même. La connexion non locale entre les résultats de mesure ne peut pas être supprimée par des variables cachées : c’est la non-localité ultime des systèmes quantiques[s].
Einstein avait raison sur un point : si l’on accepte la mécanique quantique standard, on accepte l’action à distance. Son erreur était de croire que c’était un problème. L’univers, finalement, est plus étrange qu’il ne voulait l’admettre.
En mai 1935, Einstein, Podolsky et Rosen ont publié « La description de la réalité physique par la mécanique quantique peut-elle être considérée comme complète ? » dans Physical Review[s]. L’article EPR démontrait un lemme : si la mesure d’un système permet de prédire avec certitude une propriété d’un système distant sans le perturber, cette propriété correspond à un élément de la réalité. Appliqué aux états intriqués, cela génère une contradiction : soit la mécanique quantique est incomplète, soit la localité est mise en défaut. Einstein croyait à la première option ; il a rejeté l’alternative comme « spukhafte Fernwirkung », l’action fantôme à distance[s].
L’état EPR et les variables cachées
L’argument EPR originel utilisait l’intrication position-impulsion. Bohm l’a ensuite reformulé en utilisant des particules de spin ½ dans un état singulet. Pour le singulet |Ψ⁻⟩ = (1/√2)(|↑↓⟩ − |↓↑⟩), mesurer le spin selon n’importe quel axe sur la particule A donne le résultat opposé pour la particule B selon le même axe. Le critère de réalité d’EPR implique que les deux particules possèdent des valeurs de spin définies avant la mesure, ce qui contredit le formalisme quantique où l’état est en superposition jusqu’à la mesure.
Les théories à variables cachées restaurent le déterminisme : des paramètres non mesurés λ prédéterminent les résultats. La physique des particules subatomiques, dans cette perspective, serait complétée par la spécification de λ.
Inégalités de Bell et tests expérimentaux
En 1964, Bell a prouvé qu’aucune théorie de la nature respectant la localité et le réalisme ne peut reproduire toutes les prédictions de la théorie quantique[s]. Pour la formulation CHSH, toute théorie à variables cachées locales satisfait S ≤ 2, où S = |E(a,b) − E(a,b′) + E(a′,b) + E(a′,b′)|. La mécanique quantique prédit S_max = 2√2 ≈ 2,828 pour des angles de mesure optimaux.
Le théorème de Bell appartient aux théorèmes d’impossibilité mathématique qui contraignent les théories physiques. Si les particules ont des états prédéterminés, les corrélations de mesure doivent satisfaire les inégalités de Bell. Une violation implique que les corrélations d’intrication quantique dépassent les bornes classiques[s].
Les premiers tests (Freedman-Clauser 1972, Aspect 1982[s]) ont violé les inégalités de Bell, mais nécessitaient des hypothèses. La faille de détection supposait un échantillonnage équitable des photons détectés. La faille de localité permettait une communication subluminique entre les stations de mesure.
Tests sans faille
L’expérience de 2015 de Hensen et al. à TU Delft a comblé simultanément toutes les failles majeures. Ils ont utilisé des centres NV dans du diamant comme qubits à spin électronique, intriqués par interférence d’un photon unique, séparés de 1,3 km. Un schéma prêt à l’événement a généré une intrication robuste avec une fidélité d’état estimée à 0,92 ± 0,03. Une lecture efficace du spin a évité les hypothèses d’échantillonnage équitable, tandis qu’une sélection de base aléatoire rapide utilisant des générateurs quantiques de nombres aléatoires distants a assuré la séparation de type espace des choix de mesure[s].
Résultats : 245 essais ont donné S = 2,42 ± 0,20. La probabilité que des modèles local-réalistes produisent une telle violation, même en autorisant les effets de mémoire, était P ≤ 0,039[s].
Des tests sans faille ultérieurs ont confirmé le consensus : la non-localité de type Bell est une caractéristique de la nature, bien que la signalisation supraluminique reste interdite[s].
L’intrication quantique en physique des hautes énergies
La plupart des tests de Bell utilisent des photons. En 2025, la collaboration BESIII a testé les inégalités de Bell avec des paires d’hyperons intriqués (Λ-Λ̄) produites dans les désintégrations J/ψ → γηc → Λ(pπ⁻)Λ̄(p̄π⁺). En utilisant 10,087 × 10⁹ événements J/ψ, ils ont obtenu une exclusion de la théorie des variables cachées locales supérieure à 5,2σ[s].
Les tests d’intrication avec des particules massives sont rares[s]. Le résultat de BESIII étend la violation de Bell aux baryons étranges se désintégrant par interactions faibles, sondant l’intrication dans un régime qualitativement différent.
Mise à l’échelle de l’intrication : bilans 2025
L’informatique quantique nécessite d’augmenter le nombre de qubits intriqués tout en maintenant la cohérence. Deux jalons de 2025 :
Caltech (septembre 2025) : 6 100 qubits à atomes neutres (césium) dans des réseaux de pinces optiques. Temps de cohérence d’environ 13 secondes (amélioration d’un facteur 10 par rapport aux réseaux précédents). Fidélité de porte à qubit unique : 99,98 %[s].
IBM Quantum (novembre 2025) : État GHZ de 120 qubits sur processeur supraconducteur. Fidélité de 0,56 ± 0,03, dépassant le seuil de 0,5 pour la certification d’une intrication quantique multipartite authentique. Techniques : compilation adaptative pour éviter les régions bruyantes, contrôles de parité à faible surcoût, décomputation temporaire pour réduire la décohérence en temps d’inactivité[s].
Questions d’interprétation
Les violations de Bell sans faille établissent que la nature présente des corrélations non locales. L’interprétation reste débattue. Toutes les interprétations à monde unique exigent une action à distance[s]. Les interprétations à plusieurs mondes évitent l’action à distance, mais introduisent une ramification : les résultats de mesure existent dans toutes les branches, les corrélations n’émergeant que lors de la comparaison.
Ce qui reste sans ambiguïté est le contenu opérationnel : la connexion non locale entre les résultats de mesure, dont il a été montré qu’elle ne peut être supprimée par des variables cachées locales, est la non-localité ultime des systèmes quantiques[s]. Les questions sur la nature de la réalité, ou sur la question de savoir si la mécanique quantique elle-même constitue une approximation d’une théorie déterministe plus profonde, restent ouvertes.
Einstein s’est plaint que dans l’article EPR, « l’essentiel était, pour ainsi dire, étouffé par le formalisme »[s]. Près de quatre-vingt-onze ans plus tard, c’est le formalisme qui a gagné.
