Le problème de la mesure reste l'une des principales questions non résolues de la physique quantique. Les travaux voisins déposés sur l'archive explorent l'effondrement de la fonction d'onde, les mesures quantiques et l'intrication, mais se limitent souvent à des modèles abstraits ou à des cas particuliers. Cet article développe le modèle Q du champ objectif, qui propose un mécanisme concret d'effondrement par amplification des amplitudes, et l'applique pour la première fois à des états réalistes du chat de Schrödinger, y compris des états intriqués à deux modes.
Les auteurs modélisent le système et l'appareil de mesure comme des champs à un mode, et la mesure de la quadrature x comme une amplification paramétrique de l'amplitude x(t). Pour décrire la dynamique, ils utilisent des équations différentielles stochastiques couplées vers l'avant et vers l'arrière, où l'amplitude x se propage vers le passé à partir d'une condition aux limites future, tandis que p se propage vers le futur à partir de la condition initiale. Les conditions aux limites sont déduites de la fonction Q et de la fonction de Wigner de l'état initial. Les équations sont résolues numériquement pour des superpositions d'états comprimés et cohérents, y compris le cas à deux modes avec un appareil de mesure intriqué.
Il est montré que, lors de l'amplification de l'amplitude x(t), des branches se forment, correspondant à différentes valeurs propres, et que la règle de Born est reproduite dans la limite d'une forte amplification. Pour un appareil de mesure macroscopique, le résultat de la mesure est déterminé dès l'instant tm où le couplage avec l'appareil est achevé, ce qui est compatible avec le réalisme macroscopique. Les distributions post-sélectionnées des amplitudes x et p, conditionnées par le résultat de l'appareil, présentent des variances qui violent la relation d'incertitude, ce qui indique leur caractère caché. L'effondrement de la fonction d'onde est décrit comme un processus en deux étapes : l'amplification crée les branches, puis l'information sur la variable complémentaire p est perdue, ce qui conduit à la projection de l'état du système.
Le travail démontre que le modèle Q du champ objectif fournit un mécanisme concret d'effondrement, compatible avec le réalisme macroscopique, contrairement aux approches fondées uniquement sur la décohérence. Contrairement aux travaux voisins, qui se limitent souvent à des superpositions abstraites, on considère ici des états réalistes du chat de Schrödinger, y compris des états intriqués à deux modes, ce qui rapproche le modèle d'une vérification expérimentale. Cela renforce la position des variables cachées, qui n'entrent pas en conflit avec le théorème de Bell grâce à des hypothèses affaiblies sur la localité.
Le modèle peut être étendu à des systèmes multimodes et à des mesures continues, et aussi testé dans des expériences avec amplification paramétrique et états du chat de Schrödinger. Il est possible d'étudier son lien avec l'effondrement gravitationnel et la cosmologie quantique, où le problème de la mesure se pose également avec acuité.
Les résultats peuvent influencer l'interprétation de la mécanique quantique et le développement des technologies quantiques, où la compréhension de l'effondrement est importante pour la correction d'erreurs.
L'étape suivante pourrait être une vérification expérimentale des prédictions du modèle sur des plateformes à chats de Schrödinger optiques et à qubits supraconducteurs.
L'article relie directement le problème de la mesure au vieux débat sur la complétude de la mécanique quantique, soulevé par Schrödinger et Einstein, et propose une solution via des variables cachées compatibles avec le réalisme macroscopique.
Le chat de Schrödinger a été proposé pour tourner en dérision l'interprétation de Copenhague, mais aujourd'hui des états de chat sont créés en laboratoire avec des centaines de photons.
L'idée que la réalité est déterminée par la mesure est exploitée dans le film « Interstellar », où des données quantiques sont transmises à travers un trou de ver.