9. L’environnement surveille

Il est généralement admis que les lois fondamentales de la physique sont les lois quantiques et que les lois classiques n’en sont qu’une approximation valable sous certaines conditions. Cependant, le passage quantique → classique et les conditions de validité des approximations sous-jacentes font encore débat aujourd’hui. On peut par exemple se poser la question suivante : dans le monde quantique, les particules sont susceptibles de présenter des phénomènes d’interférence. Pourquoi n’observet-on jamais d’interférence dans le monde classique (sauf bien sûr avec des ondes) ? De façon équivalente, pourquoi ne semble-t-il pas exister de superposition d’états macroscopiquement discernables ? Une réponse possible à ces questions réside dans le phénomène de décohérence. Le concept de décohérence en physique quantique remonte à Schrödinger et a été redécouvert au début des années 1970. Après être passé relativement inaperçu, ce concept a progressivement révélé sa pertinence dans des domaines comme l’information quantique où la décohérence joue un rôle capital (voir la section 8.4). Après avoir expliqué sur un exemple simple ce qu’est la décohérence, je décrirai quelques expériences où elle se manifeste à des échelles mésoscopiques, c’est-à-dire intermédiaires entre macroscopiques et microscopiques, de l’ordre du μm.
Pour introduire la notion de décohérence, nous utiliserons comme exemple l’interféromètre de Mach-Zehnder (section 1.2) avec des photons polarisés. En effet, nous avons tenu compte dans l’étude du chapitre 1 des propriétés spatiales du photon, sa propagation dans l’interféromètre, mais nous avons négligé son degré de liberté…