Des physiciens théoriques décrivent un nouveau type d’ordre temporel quantique

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L’un des principes fondamentaux de la mécanique quantique est la superposition quantique, dans laquelle une particule existe dans deux ou plusieurs états simultanément. Dans un article publié dans la revue Nature CommunicationsMagdalena Zych, physicienne de l’université du Queensland, et ses collègues montrent que les particules ne sont pas les seuls objets qui peuvent exister dans un état de superposition – le temps lui-même peut également exister.

Zych et ses collègues fournissent la première analyse directe des relations causales quantiques découlant de la superposition spatiale d'un objet massif ; ils montrent comment l'ordre temporel entre les événements temporels peut se superposer, voire s'enchevêtrer. Crédit image : Université du Queensland.

Zych et al fournissent la première analyse directe des relations causales quantiques découlant de la superposition spatiale d’un objet massif ; ils montrent comment l’ordre temporel entre des événements temporels peut se superposer, voire s’enchevêtrer. Crédit image : Université de Queensland.

“La séquence des événements peut devenir mécanique quantique”, a déclaré le co-auteur Igor Pikovski, physicien à l’Institut de technologie Stevens.

“Nous avons examiné l’ordre temporel quantique où il n’y a pas de distinction entre un événement qui cause l’autre ou vice versa.”

Les travaux de l’équipe sont parmi les premiers à révéler les propriétés quantiques du temps, selon lesquelles l’écoulement du temps n’observe pas une flèche droite vers l’avant, mais un écoulement où la cause et l’effet peuvent coexister à la fois dans le sens de l’avant et de l’arrière.

Dans l’ère future des ordinateurs quantiques, ce travail est particulièrement prometteur : les ordinateurs quantiques qui exploitent l’ordre quantique d’exécution des opérations pourraient battre les dispositifs qui ne fonctionnent qu’avec des séquences fixes.

Pour démontrer ce scénario, les physiciens ont fusionné deux théories apparemment contradictoires – la mécanique quantique et la relativité générale – pour mener une Gedankenexperiment, une façon d’utiliser l’imagination pour étudier la nature des choses.

“La découverte est née d’une expérience que nous avons conçue pour rassembler des éléments des deux grandes théories de la physique – mais contradictoires – développées au cours du siècle dernier”, a expliqué le Dr Zych.

“Notre proposition visait à découvrir : que se passe-t-il lorsqu’un objet suffisamment massif pour influencer l’écoulement du temps est placé dans un état quantique ?”.

“La théorie d’Einstein décrivait comment la présence d’un objet massif ralentissait le temps”, a-t-elle ajouté.

“Imaginez deux vaisseaux spatiaux, à qui on demande de se tirer dessus à un moment précis tout en esquivant l’attaque de l’autre.”

“Si l’un des deux tire trop tôt, il détruira l’autre.”

“Dans la théorie d’Einstein, un ennemi puissant pourrait utiliser les principes de la relativité générale en plaçant un objet massif – comme une planète – plus près d’un vaisseau pour ralentir le passage du temps.”

“En raison du décalage temporel, le vaisseau le plus éloigné de l’objet massif fera feu plus tôt, détruisant l’autre.”

“La deuxième théorie, celle de la mécanique quantique, dit que tout objet peut être dans un état de superposition. Cela signifie qu’il peut se trouver dans différents états – pensez au chat de Schrodinger.”

“En utilisant la théorie de la mécanique quantique, si l’ennemi a mis la planète dans un état de superposition quantique, alors le temps devrait également être perturbé”, a déclaré le Dr Zych.

“Il y aurait une nouvelle façon pour l’ordre des événements de se dérouler, sans qu’aucun des événements ne soit premier ou second – mais dans un véritable état quantique d’être à la fois premier et second.”

Bien qu’une “superposition de planètes” puisse ne jamais être possible, la technologie a permis de simuler le fonctionnement du temps dans le monde quantique, sans utiliser la gravité”, a déclaré le Dr Fabio Costa, de l’Université du Queensland, co-auteur du projet.

“Même si l’expérience ne pourra jamais être réalisée, l’étude est pertinente pour les technologies futures”.

“Nous travaillons actuellement à la mise au point d’ordinateurs quantiques qui – pour parler très simplement – pourraient effectivement sauter dans le temps pour effectuer leurs opérations de manière beaucoup plus efficace que les dispositifs fonctionnant en séquence fixe dans le temps, comme nous le savons dans notre monde “normal”.”

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