En 1935, Albert Einsten, en collaboration avec Boris Podolski et Nathan Rosen, fait une découverte qui va ébranler la physique quantique. Cette découverte est si importante qu’elle mobilise encore aujourd’hui les partisans et les adversaires de l’interprétation de Copenhague de la mécanique quantique.

Cette interprétation de Copenhague repose sur la non-causalité et les probabilités pour expliquer les phénomènes corpusculaires et ondulatoires. Einsten était à la recherche d’une théorie fondamentale qui pourrait rendre compte de tout phénomène physique de manière assuré et précis. Après ses découvertes, il était assuré que la physique quantique était une théorie correcte mais incomplète.

Ce que Einsten remet en cause c’est ce qui s’appelle le principe d’incertitude d’Einsenberg. Selon ce principe, il n’est pas possible de connaître à la fois la position et la vitesse d’une particule quantique. Ce principe stipule que la mesure de l’un ou l’autre de ces paramètres modifie l’état du système ce qui conduit à une impossibilité de connaître les deux paramètres de manière simultané.

Einsten, Podolski et Rosen imaginèrent une expérience qui mettait en défaut ce principe. En effet, si l’on s’imagine un couple initial de deux atomes identiques puis que l’on scinde ce couple de manière à ce que chacune des atomes acquière une vitesse égale et une direction opposé (voir figure 1).

Dans ce système, chacun des atomes a une vitesse et une position égale mais opposée par rapport au point de départ. Selon cette expérience, on peut s’imaginer prendre une mesure de la position d’un des atomes sans modifier l’état de vitesse de l’autre atome. Comme ces quantités sont conjuguées, il est possible de connaître à la fois la position et la vitesse d’un atome.

Pour confirmer cette expérience il fallait maintenant imaginer une façon de réaliser cette expérience. Cette expérience fût réalisé en 1970 à l’aide de double désexcitation atomiques en photons (voir figure 2).

Dans cette expérience, on exite du calcium qui pendant sa désexcitation émet de la lumière violette puis verte. La lumière est ensuite séparée à l’aide de filtre pour que la lumière verte prenne une direction et la lumière violette une autre direction. À l’aide de polarimètre, on mesure la polarisation de la lumière puis on mesure la corrélation entre la polarisation de la lumière verte et violette.

Ce qui est très surprenant et qui ébranle ces qu'il y a une corrélation entre les deux photons et qu'il ne sont pas indépendants. L'effet EPR que Einsten a soupconné est donc non fondé d'après cette expérience. La physique quantique explique en effet ce phénomène. Il a été montré expérimentalement que la relation de corrélation entre les photons est directement proportionnelle à la direction des polarimètres selon la relation :

Où I_gv est le taux d’arriver des photons.

Cette équation définit la relation de corrélation à distance et est maximale lorsque les polarimètres sont perpendiculaires. L’expérience de pensée d’Einsten s’avère donc fausse car les photons ainsi corrélé ne sont pas indépendant l’un de l’autre et la mesure de la polarisation d’un des photons modifie l’état de l’autre photon.

Cette corrélation est aussi instantanée car il a été montré que la relation se situe dans le genre espace donc aucun signal physique régi sous le règne de la relativité ne peut être transmis d’un photon à l’autre. Nous avons donc affaire à une corrélation instantanée à n’importe quelle distance entre des photons de type EPR. On nomme en effet EPR, pour Einsten, Podolski et Rosen, le couple de photon étant dans un état de corrélation.

Cette découverte bouleverse assurément nos conception de la matière car le phénomènes de corrélation bien qu’expérimentalement connu et mathématiquement expliqué se trouve très difficile à imaginer. En effet, nos conceptions actuelles sous tendent à expliquer les phénomènes physique à l’aide de chose concrète. Dans ce cas précis, comment expliquer concrètement cette corrélation instantanée sur des distances en théorie infini.

Il y a encore beaucoup à découvrir sur le sujet mais déjà des applications pratiques émergent. Une application formidable est ce qu’on appelle la cryptographie quantique.