Le chat de Schrödinger : l'explication, et le contresens

Une boîte, un chat, une fiole de poison : l’image est si connue qu’on en a perdu le sens. Erwin Schrödinger n’a pas inventé ce montage en 1935 pour expliquer la physique quantique, mais pour la prendre en défaut. L’expérience n’a jamais été réalisée, et c’était tout le propos. Voici ce qu’elle démontre réellement, et pourquoi aucun chat n’a jamais été mort et vivant à la fois.

Un « cas burlesque », écrit contre l’interprétation dominante

Un atome radioactif est enfermé dans une boîte avec un chat ; s’il se désintègre dans l’heure, un détecteur déclenche un marteau qui brise une fiole de poison. La désintégration est un événement quantique : on connaît sa probabilité, jamais son instant — c’est le propre de la radioactivité décrite par les Curie. Appliquées à la lettre, les règles de la mécanique quantique décrivent alors l’atome comme désintégré et intact tant que personne n’a regardé ; et le chat, dont le sort est accroché à celui de l’atome, comme mort et vivant à la fois.

Schrödinger qualifie lui-même ce cas de burlesque. Son texte paraît dans la revue Naturwissenschaften en novembre 1935, quelques mois après l’article d’Einstein, Podolsky et Rosen, au fil d’une correspondance avec Einstein. Les deux visent la même cible : l’idée qu’un état quantique ne se fixe qu’à la mesure. Le chat est une objection, pas une leçon.

La superposition n’est pas de l’ignorance

C’est le point que l’on manque presque toujours. « Mort et vivant » ne veut pas dire « on ne sait pas ». Le Commissariat à l’énergie atomique parle de superposition cohérente d’états, qui traduit la potentialité de tous les états possibles d’un système, et rappelle qu’un photon, un électron, un atome ou même une molécule sont à la fois onde et corpuscule.

La différence avec notre ignorance ordinaire se mesure. Une pièce cachée sous la main est tombée d’un côté, vous l’ignorez, c’est tout. Un objet quantique superposé, lui, produit des franges d’interférence — un comportement d’onde — qui s’effacent dès que l’on sait par quel chemin il est passé. C’est cette signature, et non une tournure de style, qui oblige à parler de superposition. Elle s’observe sur un électron, sur un atome, sur des molécules entières.

La décohérence : la boîte fermée ne protège de rien

Pourquoi ne voit-on jamais d’objet ordinaire dans un tel état ? Parce qu’il faudrait l’isoler totalement. Toute interaction avec l’extérieur, aussi minime soit-elle, détruit la superposition : c’est la décohérence, que le CEA décrit comme le premier obstacle du calcul quantique. Le phénomène s’aggrave avec la taille de l’objet : le temps de cohérence d’un état intriqué de N qubits est environ N fois plus court que celui d’un seul. D’où les précautions des laboratoires, qui descendent leurs expériences aux abords du zéro absolu, vers −273 °C.

Un chat est à l’opposé : tiède, humide, traversé d’air et de lumière, fait d’un nombre d’atomes qui échappe à l’intuition. Sa superposition, si elle existait un instant, s’effondrerait bien avant que quiconque touche au couvercle. L’observateur n’a donc aucun rôle magique, et le paradoxe se déplace : la question n’est pas le chat, mais la frontière entre un monde où la superposition règne et le nôtre, où un seul résultat survient.

Cette frontière, on sait l’observer. Au laboratoire Kastler Brossel de l’École normale supérieure, l’équipe de Serge Haroche a piégé quelques photons entre des miroirs supraconducteurs et suivi la décohérence progressive de ces « chats » minuscules — prix Nobel de physique 2012.

Ce que l’objection a fini par produire

Einstein soupçonnait des variables cachées sous le hasard quantique. John Bell a transformé ce soupçon en inégalités testables dans les années 1960, et la réponse est venue d’Orsay : en 1982, Alain Aspect, Philippe Grangier, Gérard Roger et Jean Dalibard réorientaient leurs polariseurs toutes les dix nanosecondes, sans laisser aux photons mesurés le temps de s’entendre. Les inégalités sont violées. Le journal du CNRS résume le verdict : une paire de photons intriqués doit être considérée comme un système quantique global et inséparable. Alain Aspect a reçu pour cela le prix Nobel 2022, avec John Clauser et Anton Zeilinger.

Inséparable ne veut pas dire bavard : rien ne circule entre les deux photons, et la vitesse de la lumière reste une limite infranchissable pour toute information. De cette lignée sort la cryptographie quantique : le CEA cite une intrication observée en 2020 sur 1 120 kilomètres.

L’erreur à ne pas commettre, c’est de tirer du chat une morale commode : « tout est possible tant qu’on ne regarde pas ». Retenez l’inverse. Un état superposé est parfaitement défini, et il se détruit au premier contact avec le monde. Si vous cherchez à en voir la trace, ne regardez pas vers une boîte fermée, mais vers des franges d’interférence : c’est le seul endroit où le chat se montre.