Un jour, début 2016, le physicien quantique Mario Krenn était assis dans un café à Vienne, examinant des papiers imprimés. Il essayait de comprendre ce que MELVIN avait trouvé, un algorithme d’apprentissage automatique qu’il avait lui-même développé.

La mission de cette intelligence artificielle était de mélanger et de connecter des éléments de base d’expériences quantiques standard pour résoudre de nouveaux problèmes. Et il a découvert de nombreuses solutions intéressantes, mais il y en avait une qui n’avait pas de sens. « Ma première pensée a été : ‘Il y a un bogue dans mon programme parce que cette solution ne peut pas exister’ », déclare Krenn.

MELVIN semble avoir réussi à créer des états intriqués multiphotoniques très complexes. (Ce sont les états enchevêtrés qui ont conduit Einstein à invoquer le spectre de « l’action fantasmagorique à distance ».) Krenn, Anton Zeilinger de l’Université de Vienne et leurs collaborateurs n’avaient pas explicitement fourni à MELVIN les règles nécessaires pour générer des états aussi complexes, et pourtant il avait trouvé un moyen de le faire. Au final, Krenn s’est rendu compte que l’algorithme avait redécouvert un type de montage expérimental conçu au début des années 1990. Mais ces expériences avaient été beaucoup plus simples que le problème résolu par MELVIN. Selon Krenn, qui travaille maintenant à l’Université de Toronto, « une fois que nous avons compris ce qui se passait, nous avons rapidement pu généraliser [la solution].

Depuis, d’autres équipes ont commencé à réaliser les expériences identifiées par MELVIN, ce qui leur a permis de vérifier de nouvelles manières les fondements conceptuels de la mécanique quantique. Pendant ce temps, Krenn, avec d’autres collègues de Toronto, a affiné ses algorithmes d’apprentissage automatique. Son dernier projet, une intelligence artificielle baptisée THESEUS, a relevé la barre : elle est plusieurs fois plus rapide que MELVIN, et ses résultats sont également plus faciles à interpréter. Il a fallu des jours voire des semaines à Krenn et ses collaborateurs pour comprendre les divagations de MELVIN, mais maintenant ils peuvent comprendre presque immédiatement ce que THESEUS leur dit. « C’est un travail magnifique », déclare Renato Renner, chercheur à l’Institut de physique théorique de l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich qui n’est pas impliqué dans le projet.

Krenn s’est lancé dans ce programme de recherche presque par accident, alors que lui et son équipe étudiaient comment créer expérimentalement des états quantiques de photons intriqués d’une manière très spécifique. Lorsque deux photons interagissent, ils s’enchevêtrent et peuvent être décrits mathématiquement par un seul état quantique commun. La mesure de l’état d’un photon fixe instantanément l’état de l’autre, même si les deux sont à des kilomètres l’un de l’autre (d’où Einstein dédaigneusement qualifié l’intrication de « fantomatique »).

En 1989, Daniel Greenberger, feu Michael Horne et Zeilinger ont décrit un état imbriqué maintenant connu sous le nom de GHZ, d’après leurs dernières initiales. Il s’agissait de photons, dont chacun pouvait être dans une superposition de deux états 0 et 1 (chaque photon constituait ce qu’on appelle un qubit). L’état GHZ dans son article impliquait l’intrication de quatre qubits, de sorte que l’ensemble du système était dans une superposition quantique bidimensionnelle des états 0000 et 1111. Ainsi, si nous devions mesurer l’un des photons et le trouver à l’état 0, la superposition il s’effondrerait et les autres photons seraient également à l’état 0 (et de manière analogue si le résultat de la mesure était 1). À la fin des années 1990, Zeilinger et son équipe ont observé pour la première fois des états GHZ avec trois qubits dans une expérience.

Previous articleChampions automatiques
Next articleUne connexion inattendue entre la physique des particules et l’intelligence artificielle