Temps de rotation ! Les machines à voyager dans le temps quantique existent déjà. Elles sont bidirectionnelles et ne peuvent pas transporter de personnes.

Si quelqu'un vous disait qu'il existe désormais une machine à remonter le temps, ou une machine qui peut transmettre dans les deux sens et inverser le passé et le futur, le croiriez-vous ?

En fait, cette "machine à voyager dans le temps" est étudiée dans les laboratoires scientifiques depuis de nombreux jours, mais ses passagers ne sont pas des humains, mais des particules.

Plus précisément, les photons. Tout comme lorsque les humains se transforment en loups-garous, les loups-garous se transforment en humains. Dans un circuit soigneusement conçu, ces photons se comportent comme le temps s’écoulant selon des combinaisons quantiques avant et arrière.

Sonja Franke-Arnold, physicienne quantique à l'Université de Glasgow en Écosse, a déclaré : "Pour la première fois dans l'histoire, nous avons une machine qui fonctionne comme un voyage dans le temps dans les deux sens.

Malheureusement pour la science Amateurs de fiction, ces appareils n'ont rien de commun avec la DeLorean de 1982. Tout au long de l'expérience, menée par deux équipes indépendantes en Chine et en Autriche, l'horloge du laboratoire a continué à avancer régulièrement

Seuls les photons volaient à travers le circuit. a connu d'étranges changements dans le temps. De plus, les chercheurs se demandent encore si ce « retournement de la flèche du temps » est réel ou simulé.

Cependant, ce phénomène déroutant pourrait conduire à l’émergence de nouvelles technologies quantiques. ​

Subvertir le concept de temps

Il y a dix ans, les physiciens ont réalisé pour la première fois que les étranges règles de la mécanique quantique bouleversaient le concept de « temps » du bon sens.

C'est tout. Lorsque vous recherchez une particule, vous la détectez toujours dans un seul emplacement ponctuel.

Mais avant d'être mesurée, une particule se comporte davantage comme une onde, se manifestant par une « fonction d'onde » qui se propage et vibre selon plusieurs itinéraires. Dans cet état indéterminé, les particules existent dans un état quantique de positions possibles appelé « superposition ».

Dans un article publié en 2013, le physicien Giulio Chiribella, aujourd'hui à l'Université de Hong Kong, et d'autres ont proposé un circuit capable de classer les événements dans un ordre chronologique. La superposition va un peu plus loin que la superposition de positions dans l'espace. .

Quatre ans plus tard, Rubino et ses collègues ont directement démontré cette idée expérimentalement. Ils ont envoyé un photon dans la superposition de deux chemins :

Dans un chemin, le photon a vécu l'événement A puis l'événement B, et dans l'autre chemin, il a vécu l'événement B puis l'événement A. Dans un sens, chaque événement semblait provoquer un autre événement, un phénomène connu sous le nom de causalité indéterminée.

Non contents de simplement perturber l'ordre des événements à mesure que le temps avance, Chilibela et ses collègues se sont ensuite concentrés sur la direction du voyage, ou la flèche, du temps lui-même. Ils recherchent un instrument quantique dans lequel le temps entre dans une superposition du passé au futur et vice versa – une flèche du temps indéterminée.

Pour ce faire, les chercheurs ont réalisé qu'ils avaient besoin d'un système capable d'effectuer des changements opposés, comme un métronome dont les bras peuvent osciller vers la gauche ou la droite.

Ils envisagent de mettre un tel système dans un état de superposition, à la manière d'un musicien composant un "métronome quantique" simultanément à droite et à gauche.

Après que l'idée ait été proposée, les magiciens de l'optique ont immédiatement commencé à construire des modèles en laboratoire. L'automne dernier, les deux équipes ont annoncé des versions réussies. ​

Jeu "Two Points"

Les chercheurs ont conçu un jeu auquel seuls les joueurs ambidextres quantiques peuvent jouer. Jouer à ce jeu avec des photons nécessite de tirer des photons dans deux gadgets à cristaux, A et B. En faisant passer le gadget vers l'arrière, la polarisation tourne exactement dans le sens opposé.

Avant chaque tour de jeu, « l'arbitre » règle secrètement le gadget sur l'une des deux manières suivantes. Un chemin vers l'avant via A puis vers l'arrière via B entraînera un déplacement de la fonction d'onde du photon par rapport à un chemin inversé dans le temps (en arrière via A puis en avant via B), mais pas l'inverse.

Dans ce jeu, les joueurs doivent déterminer quel choix l'arbitre a fait. Une fois que les joueurs ont disposé leurs gadgets et autres optiques comme ils le souhaitent, envoyez un photon à travers le labyrinthe.

Le photon finira par apparaître dans l'un des deux détecteurs. Si le joueur aménage son labyrinthe de manière assez astucieuse, le clic d'un détecteur contenant un photon révélera le choix du juge.

Lorsque le joueur configure le circuit de manière à ce que les photons ne se déplacent que dans une seule direction dans chaque gadget, alors, même si l'ordre causal de A et B est incertain, le détecteur ne clique avec le gadget secret qu'environ 90 % des l'heure avec les meilleurs réglages correspond.

Chaque série d'expériences ne peut théoriquement être gagnée que si le photon subit une superposition qui le fait passer d'avant en arrière à travers les deux gadgets (un phénomène connu sous le nom de "retournement du temps quantique").

L'année dernière, deux équipes situées à Hefei, en Chine et à Vienne, en Autriche, ont toutes deux construit leurs propres circuits de "retournement du temps quantique". Après 1 million de tests, l'équipe de Vienne a augmenté le taux de réussite du jeu à 99,45 %. L'autre équipe a remporté 99,6% des tours.

Les deux résultats ont dépassé 90 % des limites théoriques et prouvé que le photon dans le modèle expérimental a subi la superposition de deux transformations opposées, de sorte que la flèche représentant la direction du temps est incertaine. ​

Interpréter le « Time Flip »

Bien que les chercheurs aient effectué et nommé des retournements de temps quantiques, ils ne sont pas entièrement d'accord sur le terme qui incarne le mieux leur travail.

Pour Chilibela, ces expériences simulent l’inversion de la « flèche du temps ». En fait, un véritable retournement nécessite d’organiser la structure espace-temps elle-même en une superposition de deux formes géométriques, dans lesquelles le temps pointe dans des directions différentes.

Il a déclaré : "De toute évidence, de ce point de vue, cette expérience n'a pas permis d'obtenir un renversement du temps réel."

Une autre équipe estime que la plus grande importance de ces circuits est qu'ils ont fait un pas en avant dans la simulation du temps. et de l'espace. Une étape importante. Les chercheurs affirment que les propriétés mesurables des photons changent exactement comme s’ils traversaient une véritable superposition de deux géométries spatio-temporelles.

Et dans le monde quantique, il n’y a pas de réalité en dehors des choses mesurables. "C'est-à-dire qu'à partir de l'état lui-même, il n'y a aucune différence entre la simulation et la réalité. ​

Pas de renversement du temps ? Ce n'est pas grave

Quoi qu'il en soit, les physiciens espèrent que la capacité de concevoir des circuits quantiques qui circulent de deux manières à la fois pourra permettre la création de nouveaux dispositifs pour l'informatique quantique, les communications et la métrologie.

Cyril Branciard, théoricien de l'information quantique à l'Institut Néel en France, a déclaré : "Cela vous permet de faire plus que simplement opérer dans une séquence." Le retournement peut rendre possible une future « annulation » quantique. D’autres estiment que des circuits fonctionnant simultanément dans les deux sens pourraient permettre aux machines quantiques de fonctionner plus efficacement.

Certains chercheurs ont déclaré : "Ce modèle peut être utilisé dans les jeux pour réduire ce qu'on appelle la complexité des requêtes." Il fait référence au nombre d'étapes nécessaires pour effectuer certaines tâches.

De telles applications pratiques sont loin d’être garanties. Bien que les circuits à retournement temporel dépassent les limites de performance théoriques du jeu de devinettes de Chiribella et Liu, il s'agissait d'une tâche hautement technique qui ne faisait que mettre en évidence leurs avantages par rapport aux circuits à sens unique et était encore loin d'être des applications pratiques.

Mais les phénomènes quantiques étranges, apparemment de niche, ont le don de se révéler utiles. Le célèbre physicien Anton Zielinger a un jour soutenu que l'intrication quantique - la connexion entre des particules séparées - n'apporte rien de bon.

Aujourd'hui, l'intrication quantique connecte les nœuds des réseaux quantiques naissants et les qubits des prototypes d'ordinateurs quantiques. Les recherches de Zeilinger sur ce phénomène lui ont valu le prix Nobel de physique 2022. La question de la réversibilité du temps quantique en est encore à ses débuts.

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