La logique classique repose sur un pilier que tout écolier apprend dès le primaire : le principe de non-contradiction. Une chose est ou n’est pas. Une information existe ou elle n’existe pas. Jamais les deux à la fois. En mars 2026, une équipe de physiciens de l’Université de Vienne a publié dans PRX Quantum des résultats qui ébranlent cette certitude fondamentale : un processus quantique peut simultanément paraître sans mémoire d’un point de vue et conserver cette mémoire d’un autre. Une seule particule. Deux états logiques opposés. En même temps.

Sommaire

1. La cause avant l’effet : la règle que la physique quantique vient de contourner
2. Un quantum switch et une inégalité à dépasser
3. Pourquoi la logique classique ne suffisait déjà plus
4. Des loopholes, mais une direction claire

La cause avant l’effet : la règle que la physique quantique vient de contourner

Depuis Aristote, la logique humaine s’organise autour d’une intuition indiscutable : le passé influence le futur, jamais l’inverse. Un événement A déclenche un événement B, dans cet ordre, point final. Dans la vie quotidienne et la physique classique, les événements suivent toujours une séquence temporelle bien définie. La théorie quantique, elle, autorise un ordre causal indéfini, des situations où des événements peuvent se produire dans une superposition d’ordres différents.

C’est précisément cette frontière que les chercheurs viennois ont franchie. Pour la première fois, une équipe de physiciens en Autriche a réalisé une expérience qui semble vérifier le principe d’ordre causal indéfini : l’idée que des chronologies d’événements peuvent exister dans plusieurs ordres simultanément. Dirigée par Carla Richter au Vienna Center for Quantum Science and Technology, l’équipe espère que ce résultat pourrait permettre de vérifier une prédiction clé de la théorie quantique. L’analogie qui vient spontanément à l’esprit : une pièce de monnaie qui serait pile et face avant même d’être lancée, non par ignorance, mais par nature profonde.

Tout comme les particules quantiques peuvent exister dans des superpositions de plusieurs états qui s’effondrent en un seul résultat lors de la mesure, l’ordre causal indéfini suggère que quelque chose de similaire pourrait s’appliquer à des séquences entières d’événements. : non seulement une particule peut être « ici et là », mais l’ordre dans lequel elle traverse deux opérations peut lui aussi être flou, suspendu entre deux chronologies.

Un quantum switch et une inégalité à dépasser

L’expérience s’appuie sur un dispositif appelé quantum switch, un montage optique dans lequel un photon, une particule de lumière, traverse deux transformations dont l’ordre est contrôlé par un qubit. L’équipe a mis en œuvre un test basé sur une inégalité récemment proposée, dite « VBC inequality », conçue de telle sorte que tout processus à ordre causal fixe doit respecter certaines limites. En utilisant un quantum switch photonique haute fidélité, l’équipe a observé des corrélations qui dépassent ce qui est compatible avec n’importe quel ordre défini d’événements.

Le raisonnement suit la logique des célèbres inégalités de Bell, qui ont permis de réfuter le déterminisme caché en physique quantique dans les années 1960. Ce raisonnement s’inspire étroitement d’un test de Bell, utilisé pour vérifier l’intrication quantique en excluant la possibilité de variables cachées, qui prédétermineraient les résultats des mesures. Si les corrélations mesurées dépassent les limites permises par tout ordre causal fixe, alors aucune variable cachée ne peut expliquer ce qui se passe. Quand l’équipe a conduit l’expérience, les corrélations observées ont clairement dépassé les limites imposées par tout ordre causal défini. Leur valeur mesurée se situait bien au-delà de la borne classique, fournissant une preuve solide qu’aucun modèle à variables cachées avec un ordre fixe ne peut expliquer les résultats.

Les résultats différaient de 18 déviations standard des prédictions du théorème de Bell, indiquant fortement qu’une superposition d’ordre temporel est une caractéristique intrinsèque de la mécanique quantique. Dix-huit déviations standard. Pour mettre ce chiffre en perspective : en science, trois déviations standard suffisent généralement à parler de découverte. Là, c’est six fois ce seuil.

Pourquoi la logique classique ne suffisait déjà plus

Cette expérience ne surgit pas dans un vide intellectuel. Depuis 1932, les physiciens savent que la mécanique quantique bouscule les règles de la logique propositionnelle classique. La différence la plus notable entre la logique quantique et la logique classique est l’échec de la loi distributive des propositions. En clair : la règle élémentaire « A ET (B OU C) = (A ET B) OU (A ET C) », vraie pour n’importe quel ensemble d’objets du monde réel, cesse de fonctionner dès qu’on parle de particules quantiques. La loi distributive échoue lorsqu’on traite d’observables qui ne commutent pas, comme la position et la quantité de mouvement. Ceci se produit parce que la mesure affecte le système.

Plus troublant encore, les deux propositions « l’état est haut » et « l’état est bas » peuvent n’avoir aucune valeur de vérité définie, le principe du tiers exclu est violé, mais la disjonction « l’état est haut ou l’état est bas » est une tautologie. Une particule peut donc ne pas être en haut, ne pas être en bas, et pourtant être « en haut ou en bas ». Aristote ne s’en remettrait pas.

Ce que l’expérience de Vienne ajoute à ce tableau, c’est une dimension nouvelle : ce n’est plus seulement l’état d’une particule qui échappe à la logique binaire, c’est l’ordre même dans lequel les événements se produisent. Dans la physique classique, les événements suivent un ordre causal défini : le passé influence le futur, mais pas l’inverse. La théorie quantique, en revanche, permet des superpositions d’ordres causaux, les soi-disant « ordres causaux indéfinis » (ICO), qui peuvent offrir des avantages opérationnels sur les scénarios classiques.

Des loopholes, mais une direction claire

Honnêteté scientifique oblige : l’expérience n’est pas parfaite. L’expérience en est à un stade similaire aux premiers travaux sur l’intrication : de nombreuses failles subsistent. Par exemple, la plupart des photons se perdent au cours de la procédure, seulement environ 1 % de ceux injectés émergent de l’autre côté pour être mesurés. Il est techniquement possible que ces pertes aient été biaisées vers un sous-ensemble de photons qui auraient autrement affiché des corrélations compatibles avec des explications à variables cachées.

Mais ces limites ne diminuent pas la portée du résultat. Le résultat est une signature claire d’ordre causal indéfini, même si des failles dans la mise en œuvre expérimentale doivent encore être comblées. « Les inégalités de Bell nous ont donné un moyen indépendant du dispositif de montrer que la nature est incompatible avec le réalisme local », explique Carla Richter. « Ce que nous faisons ici est conceptuellement similaire, mais pour la structure causale plutôt que pour la localité. Nos résultats montrent qu’aucune théorie avec une description causale fixe ne peut expliquer les corrélations que nous observons. »

Les implications dépassent largement la physique fondamentale. Ces ordres causaux indéfinis peuvent offrir des avantages opérationnels sur les scénarios classiques. Des protocoles de communication quantique exploitant cette propriété pourraient, en théorie, transmettre de l’information plus efficacement qu’aucun système classique ou même quantique conventionnel. Un photon qui traverse deux portes logiques dans un ordre indéfini accomplit en une seule passe ce qu’il faudrait deux passages pour réaliser autrement. Concrètement, des expériences distinctes ont déjà montré qu’une telle approche peut réduire le nombre d’opérations nécessaires à certains calculs, préfigurant une nouvelle génération d’algorithmes quantiques fondés non sur la superposition d’états, mais sur la superposition du temps lui-même.

Sources : tomsguide.fr | futura-sciences.com