Des physiciens de l'université de Vienne ont mené une expérience démontrant une superposition de différents ordres temporels dans des événements quantiques, en utilisant des photons intriqués et un équivalent de l'inégalité de Bell. Les résultats s'écartent significativement des attentes classiques, suggérant que l'ordre causal indéfini est une caractéristique fondamentale de la mécanique quantique. Toutefois, plusieurs failles expérimentales subsistent.
Des chercheurs de l'université de Vienne ont conçu une expérience visant à déterminer si la mécanique quantique autorise des superpositions d'ordres causaux, où la séquence des événements — A avant B ou B avant A — devient probabiliste plutôt que définie. Le dispositif implique des paires de photons intriqués. Un photon traverse un appareil qui applique deux manipulations dans un ordre déterminé par sa polarisation : soit l'opération A suivie de B, soit l'inverse. Le trajet du photon est ensuite mesuré, tandis que la mesure de la polarisation du second photon révèle l'ordre subi par le premier. L'équipe a adapté les inégalités de Bell, un outil traditionnellement utilisé pour sonder l'intrication quantique, aux scénarios d'ordre causal indéfini. Leurs mesures ont montré des corrélations dépassant de 18 écarts-types ce que le théorème de Bell prédit selon les théories classiques à variables cachées, fournissant une preuve solide que la superposition de l'ordre temporel est inhérente à la mécanique quantique. Malgré ce résultat prometteur, l'expérience présente des limites semblables aux premiers tests d'intrication. Seul environ 1 % des photons entrants sont détectés en raison de pertes, ce qui pourrait permettre à des variables cachées de subsister si ces pertes favorisent certains sous-ensembles. Le dispositif manque également d'une séparation spatiale suffisante pour exclure des influences à une vitesse inférieure à celle de la lumière, parmi d'autres problèmes spécifiques aux tests d'ordre causal indéfini. Les chercheurs estiment que de futurs perfectionnements permettront de combler ces failles, en s'appuyant sur les précédents de la recherche sur l'intrication qui ont valu une reconnaissance Nobel. Les auteurs soulignent le potentiel pratique : « Le [dispositif utilisé dans ces travaux] pourrait également être intéressant pour des applications, car il a été démontré qu'il peut surpasser les processus à ordre causal défini dans une grande variété de tâches telles que la discrimination de canaux, les problèmes de promesse, la complexité de communication, l'atténuation du bruit, diverses applications thermodynamiques, la métrologie quantique, la distribution de clés quantiques, la génération d'intrication et la distillation, entre autres. » Ces résultats sont publiés dans PRX Quantum.