Penser au voyage dans le temps aide à résoudre des problèmes de physique

Voyage dans le temps. Nous y avons tous pensé à un moment ou à un autre, et le sujet a été largement exploré dans la science-fiction. De temps en temps, cela fait même l’objet de recherches scientifiques, impliquant généralement la mécanique quantique et la manière dont les quatre forces fondamentales de l’Univers (l’électromagnétisme, les forces nucléaires faibles et fortes et la gravité) s’articulent. Dans une expérience récente, des chercheurs du Université de Cambridge ont montré qu’en manipulant les intrications quantiques, ils pouvaient simuler ce qui pourrait se produire si l’écoulement du temps était inversé.

L’équipe de recherche était dirigée par David Arvidsson-Shukurun chercheur quantique du Laboratoire Hitachi Cambridge (HCL) à l’Université de Cambridge. Il a été rejoint par Aidan G. McConnell, un doctorat. étudiant avec Laboratoire Cavendish de Cambridge, l’Institut Paul Scherrer et l’École polytechnique fédérale de Zurich (ETH Zurich) ; et Nicole Yunger Halpernprofesseur adjoint adjoint à la Centre commun pour l’information quantique et l’informatique (QuICS) et le Institut des sciences physiques et technologiques (IPST) à l’Université du Maryland. Leur journal, “Avantage non classique en métrologie établi via des simulations quantiques de courbes temporelles hypothétiques fermées.»

Dans le domaine de la théorie quantique, l’intrication décrit le moment où un groupe de particules est généré, interagit ou partage une proximité de telle manière que leurs états quantiques deviennent identiques. Comme les physiciens l’observent depuis plus d’un siècle, ces particules resteront dans cet état longtemps après, même si elles peuvent être séparées par de grandes distances (ce qu’Einstein appelait « une action effrayante à distance ».) C’est la base de l’informatique quantique. , où les particules intriquées sont utilisées pour effectuer des calculs trop complexes pour les ordinateurs classiques.

La question de savoir si les particules peuvent ou non voyager dans le temps a également fait l’objet de nombreux débats parmi les physiciens. Alors que les physiciens avaient déjà simulé des modèles de la manière dont un tel « voyage dans le temps » pourrait se produire, l’équipe de Cambridge a adopté une nouvelle approche en reliant leur théorie à la métrologie quantique, qui utilise la théorie quantique pour effectuer des mesures très sensibles. En conséquence, l’équipe de Cambridge a montré que l’intrication peut résoudre des problèmes qui autrement semblent impossibles. » A déclaré l’auteur principal Arvidsson-Shukur dans un Cambridge communiqué de presse:

« Imaginez que vous vouliez envoyer un cadeau à quelqu’un : vous devez l’envoyer le premier jour pour être sûr qu’il arrive le troisième jour. Cependant, vous ne recevez la liste de souhaits de cette personne que le deuxième jour. Ainsi, dans ce scénario respectueux de la chronologie, il vous est impossible de savoir à l’avance ce qu’ils voudront comme cadeau et de vous assurer d’envoyer le bon. Imaginez maintenant que vous puissiez modifier ce que vous envoyez le premier jour avec les informations de la liste de souhaits reçues le deuxième jour. Notre simulation utilise la manipulation de l’intrication quantique pour montrer comment vous pouvez modifier rétroactivement vos actions précédentes afin de garantir que le résultat final est celui que vous souhaitez.

Dans leur expérience, l’équipe a intriqué deux particules. Le premier a été envoyé pour être utilisé dans l’expérience, tandis que le second a été entretenu séparément. L’expérience a ensuite manipulé la deuxième particule pour modifier efficacement l’état passé de la première particule, modifiant ainsi le résultat de l’expérience. Pour démontrer la pertinence potentielle de leur expérience pour l’informatique quantique et d’autres technologies, l’équipe a incorporé la métrologie quantique. Dans les expériences de métrologie traditionnelles, les photons sont préparés avant d’être introduits sur un échantillon puis enregistrés avec une caméra spéciale.

Leurs résultats ont montré que l’équipe peut utiliser des simulations de voyage dans le temps pour modifier rétroactivement les photons d’origine, même si elle n’apprend à préparer les photons qu’après avoir atteint l’échantillon. Cependant, l’équipe a également noté que cet effet n’était observable que dans une exécution expérimentale sur quatre, ce qui signifie que la simulation a 75 % de chances d’échec. Les théoriciens proposent d’envoyer de nombreux photons intriqués pour contrecarrer les risques élevés d’échec, sachant que certains finiront par transporter les informations mises à jour.

Ils recommandent également d’utiliser un filtre pour supprimer les photons « non corrigés » pendant que les photons mis à jour passent à la caméra. Au mieux, a déclaré Arvidsson-Shuku, l’expérience produira les résultats souhaités un quart du temps, ce qui équivaut à obtenir le « cadeau » souhaité une fois sur quatre. De plus, si les « cadeaux » sont peu coûteux, bon nombre d’entre eux peuvent être envoyés sur de longues périodes, conduisant finalement à un nombre statistiquement significatif de résultats souhaitables. Bien entendu, Arvidsson-Shuku et ses collègues soulignent qu’il ne s’agit pas d’un « voyage dans le temps » au sens traditionnel du terme :

« Le fait que nous ayons besoin d’utiliser un filtre pour faire fonctionner notre expérience est en fait assez rassurant. Le monde serait très étrange si notre simulation de voyage dans le temps fonctionnait à chaque fois. La relativité et toutes les théories sur lesquelles nous construisons notre compréhension de notre univers seraient abandonnées. Nous ne proposons pas une machine à voyager dans le temps mais plutôt une plongée profonde dans les fondamentaux de la mécanique quantique. Ces simulations ne vous permettent pas de revenir en arrière et de modifier votre passé, mais elles vous permettent de créer un avenir meilleur en résolvant aujourd’hui les problèmes d’hier.

Les recherches de l’équipe ont été soutenues par la Fondation Suède-Amérique, la Fondation commémorative Lars Hierta, le Girton College et le Conseil de recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC), qui fait partie de Recherche et innovation au Royaume-Uni (UKRI).

Lectures complémentaires : L’université de Cambridge, Lettres d’examen physique