Quelques repères

1935 : Einstein, Podolski et Rosenberg (EPR) publient un article racontant une expérience imaginaire (impossible à réaliser à l'époque où l'article a été écrit) afin de mesurer la position et le moment d’une paire de systèmes de protons. En ayant recours à la mécanique quantique conventionnelle, ils obtiennent des résultats extrêmement surprenants, qui les amènent à conclure que cette théorie ne donne pas une description complète de la réalité physique. Véritablement paradoxaux, ces résultats sont basés sur un raisonnement impeccable, mais leur conclusion selon laquelle la théorie est incomplète n’en est pas pour autant justifiée. Dans leur développement, les auteurs montrent que la mesure effectuée sur le proton 1 donne un état déterminé pour le proton 2, en fonction de la direction de la mesure choisie, bien que les deux particules puissent être à des millions de kilomètres l’une de l’autre, et n’interagissent pas entre elles à l’instant considéré. Einstein et ses deux collaborateurs estiment alors que cette conclusion est si manifestement fausse que la théorie de la physique quantique sur laquelle elle est basée ne peut être qu’incomplète. Les auteurs en concluent qu’une théorie juste devrait comporter certaines variables cachées ( pour eux non encore découvertes) assurant une liaison entre les particules (paradoxe EPR), permettant de retrouver le déterminisme de la physique classique.
A. Einstein, B. Podolsky, N. Rosen: "Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?" Physical Review 41,15 Mai 1935, pages 777-780, dont on trouvera le fac simile sur http://www.burgy.50megs.com/epr.htm

1982 : Les physiciens disposent enfin de la technologie nécessaire pour exécuter la fameuse expérience EPR. L'équipe d'Alain Aspect, à Orsay, est la première à montrer de manière irréfutable l'erreur d'Einstein et de ses deux collègues : les particules interagissent bel et bien à grande distance, sans l'aide d'aucune entité, ou "variable" cachée. Cette expérience remarquable* vient valider de manière rigoureuse la théorie quantique et montre que deux particules qui ont interagi à un moment (comme les protons évoqués dans l'article d'Einstein) conserveront un lien, quelle que soit la distance qui les sépare. Ainsi, si l'on modifie la polarisation d'une particule (son orientation électromagnétique), une particule jumelle issue de la même source, mais désormais située à un mètre ou à des milliers de kilomètres subira instantanément la même modification. La réalité est non locale. Partant de ce constat, utiliser ce principe de non-séparabilité de la fonction d'onde pour tenter une téléportation de particules fait désormais partie des possibles. En d'autres termes, puisque des particules interagissent, on doit pouvoir s'arranger pour qu'elles communiquent entre elles, qu'elles s'envoient des messages...
* Expérience ingénieuse dans laquelle la corrélation entre les deux moments angulaires est mesurée, dans un intervalle de temps extrêmement court, par un système de commutation à haute fréquence. Cet intervalle est plus court que le temps nécessaire pour que le signal lumineux ait parcouru la distance séparant les positions de mesure respectives de chaque particule. Selon la théorie de la relativité spéciale d’Einstein, aucun message ne peut être transmis plus vite que la lumière. Il est par conséquent impossible qu’une information concernant la direction de la mesure sur le premier proton atteigne le second proton avant que cette mesure soit effectuée. L'expérience montre ainsi que les systèmes quantiques comportent entre eux des relations qui ne peuvent s’expliquer par la physique classique. Bohr a eu raison contre Einstein : la théorie de la physique quantique est valide, elle implique "un tout indivisible, au sein duquel l’instrument d’observation est inséparable de ce qui est observé".
Alain Aspect, Philippe Grangier, and Gérard Roger : "Experimental realization of Einstein-Podolsky-Rosen-Bohm gedankenexperiment: A new violation of bell's inequalitie", Physical Review Letters, 49:91, 1982 (voir http://prola.aps.org/abstract/PRL/v49/i2/p91_1).

1993 : L'américain Charles Bennett (aujourd'hui l'un des spécialistes mondiaux en matière de cryptographie quantique) entouré de 5 collègues -un américain, un israélien, un australien et deux québécois, dont un travaillant à l'Ecole Normale supérieure de Paris- publient un article purement théorique concernant la téléportation. Les six auteurs ont inventé une méthode pour reproduire à l'identique une particule en téléportant non la particule elle-même, mais l'information nécessaire à sa duplication. C. Benett et ses collègues ont en effet l'idée d'utiliser un couple de particules possédant les propriétés de la non-séparabilité. Schématiquement, le processus consiste à faire interagir une particule B avec une particule A, et la jumelle de A, A', se transforme alors pour acquérir une propriété de B.

C.H. Bennett, G. Brassard, C. Crépeau, R. Jozsa, A. Peres, and W. Wootters : "Teleporting an unkown quantum state by dual classical and EPR channels", Physical Review Letter, 70:1895-1898, 29 mars 1993 (voir http://cornell.mirror.aps.org/abstract/PRL/v70/i13/p1895_1)

1997 : Débuts véritables de l'histoire de la téléportation : ce qui n'était encore que théorique en 1993 devient réalité lorsque l'équipe d'Anton Zeilinger (professeur au Département de physique expérimentale de l'Université d'Innsbruck en Autriche) et celle de Francesco Martini (université de Rome, en Italie) téléportent l'état quantique d'un photon*. Cela dit, l'expérience ne réussit qu'une fois sur quatre.
*Entre deux points séparés du laboratoire, l'état de polarisation d'un photon 1 a été transféré instantanément au photon 3 par l'intermédiaire d'un "photon transporteur" (photon 2).
Dik Bouwmeester, Jian-Wei Pan, Klaus Mattle, Manfred Eibl, Harald Weinfurter & Anton Zeilinger : "Experimental quantum teleportation", Nature, Vol. 390, 11 décembre 1997, p. 575
(abstract : http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/
nature/journal/v390/n6660/abs/390575a0_r.html)

1998 : L'équipe américaine de Jeff Kimble (Norman Bridge Laboratory of Physics, California Institute of Technology, Pasadena) en association avec des physiciens danois (Aarhus University) et britanniques (University of Wales) franchit une étape supplémentaire par rapport aux expériences de 1997 en téléportant les propriétés d'un faisceau de lumière (soit de milliards de photons) et en recréant plus loin son double parfait. L'équipe montre ainsi qu'une grosse quantité d'informations est téléportable de façon fiable.
A. Furusawa, J. L. Sørensen, S. L. Braunstein, C. A. Fuchs, H. J. Kimble, and E. S. Polzik : "Unconditional Quantum Teleportation", Science Oct 23 1998: 706-709. (http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/282/5389/706)

2001 :
- septembre : Des chercheurs danois de l’université d’Aarhus (dont l'un faisait partie de l'article publié en 1998 -voir ci-dessus) réussissent à relier par enchevêtrement quantique deux nuages de césium distants l'un de l'autre, créant un "lien télépathique" entre eux et leurs particules éloignées.
Rapportés dans Nature, ces travaux sont de premières importance car jusqu'ici l'enchevêtrement n'avait pu être observé que pour quelques atomes, au niveau microscopique, et l'on pensait qu'il ne pouvait en être autrement. Mais avec de nouvelles méthodes, les scientifiques ont démontré expérimentalement qu'il est possible de générer cet enchevêtrement quantique pour deux objets macroscopiques séparés, chacun consistant en un gaz de césium contenant près de 1012 atomes.
Brian Julsgaard, Alexander Kozhekin & Eugene S. Polzik : "Experimental long-lived entanglement of two macroscopic objects", Nature n° 413 du 27 septembre 2001, pages 400 à 403 (abstract http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v413/n6854/abs/413400a0_fs.html)

- décembre : Des scientifiques californiens du centre de Recherche Almaden d'IBM et de l'Université de Stanford réussissent la mise en facteur du nombre 15 (par l'algorithme de Peter Shor) à l'aide d'un ordinateur quantique.
Lievent M.K. Vandersypen, Matthias Steffen, Gregory Breyta, Costantino S. Yannoni, Mark Sherwood & Issaac L. Chuang :"Experimental realization of Shor's quantum factoring algorithm using nuclear magnetic resonance", Nature n°414, pages 883–887 (abstract : http://www.nature.com/cgi-taf/DynaPage.taf?file=/nature/journal/v414/n6866/abs/414883a_fs.html)