Que savait Bouddha des ordinateurs quantiques ? Chronique scientifique du Professeur Auzisna / Article

Oui ou non

Mais comme le font parfois les professeurs, je partirai d’un contexte beaucoup plus large. Quelle pourrait être la réponse à la question : le monde est-il de taille finie ? Tout le monde peut avoir une opinion sur cette question très mondiale, mais il n’existe pas beaucoup d’options. La réponse est oui ou non. Oui, le monde a une taille finie ; non, le monde n’est pas de taille finie. Si vous y réfléchissez de manière plus large, la question spécifique n’a même pas d’importance. S’il fait une déclaration, soit c’est vrai, soit ce n’est pas le cas. Cette façon de penser est également à la base des ordinateurs classiques. Les ordinateurs fonctionnent avec les plus petites unités d’information, les bits ou les plus petits éléments d’information. Chaque unité d’information de l’ordinateur accepte l’une des deux valeurs possibles : un ou oui ; zéro ou non.

Mais faut-il toujours choisir entre deux réponses : oui ou non ? Je voudrais citer l’un des textes bouddhistes les plus anciens – le canon Pali. L’une des histoires, appelée suttas, décrit une conversation entre le Bouddha et son disciple Ananda. Ananda demande au professeur : « Le monde est fini : seulement ceci est vrai, tout le reste est faux ? Ce à quoi le professeur répond : « Je n’ai pas prétendu que le monde était fini. » L’étudiant poursuit très logiquement : “Alors le monde est infini : seulement ceci est vrai, tout le reste est faux ?” Le professeur répond : « Je n’ai pas prétendu que le monde était infini. » Ici, sans recevoir de réponse précise, la conversation pourrait également se terminer. Mais Ananda n’est pas consterné : « Alors, Maître, le monde est à la fois fini et infini : cela seul est vrai, tout le reste est faux ? Le Bouddha répond à nouveau : « Je n’ai pas affirmé que le monde était à la fois fini et infini. » Nous dirions : étrange, existe-t-il une autre option ? Mais Ananda en trouve un et dit : « Maître, le monde n’est-il pas fini, mais il n’est pas non plus infini : cela seul est vrai, tout le reste est faux ? Mais à cela aussi le Bouddha dit : « Je n’ai pas affirmé que le monde n’était pas fini, mais il n’était pas non plus infini. »

Cela ressemble à un jeu de mots artificiellement alambiqué. Mais au moins les trois premières questions de la conversation concernent la manière de penser des spécialistes de la physique quantique, et certains d’entre eux construisent des ordinateurs quantiques. En physique classique, il est évident que le plus petit « morceau » d’information (en anglais le mot peu signifie – pièce) est oui ou non – un ou zéro. En revanche, en physique quantique, la réponse peut être à la fois oui et non. Un état « schizophrénique » de double personnalité dans lequel deux réponses mutuellement exclusives sont toutes deux potentiellement correctes en même temps. Un peu de un et un peu de zéro. De plus, ces deux réponses sont liées, c’est-à-dire corrélées. Cela signifie qu’ils peuvent se croiser pendant ce temps. Ces bits d’informations quantiques sont appelés bits quantiques. En créant des ordinateurs qui fonctionnent non pas avec des bits ordinaires, mais avec des bits quantiques, nous pouvons obtenir un tout nouveau type d’ordinateurs qui sont non seulement plus rapides que ceux que nous utilisons quotidiennement, mais qui peuvent également résoudre des problèmes qu’un ordinateur ordinaire est fondamentalement incapable de résoudre. .

Mais il apparaît également clairement qui est l’ennemi le plus féroce de l’informatique quantique. C’est la fragilité des bits quantiques. Même une très faible interaction du bit quantique avec l’environnement détruit cette corrélation quantique, et le bit quantique perd son énorme puissance, se transformant en un bit classique « prosaïque » ordinaire.

Qui commande la recherche ?

Et nous arrivons ici à ce qui se passe au Centre Laser de l’Université de Lettonie. Nous avons passé de nombreuses années à étudier comment créer de tels états quantiques corrélés en faisant interagir les atomes avec la lumière. Nous avons écrit des livres à ce sujet, publiés par l’Université de Cambridge et Oxford University Press. Dans ces études universitaires, notre attention s’est concentrée sur la façon dont cette corrélation est affectée par l’environnement – champs magnétiques et électriques, température ou pression ambiante. En conséquence, nous avons réussi à « transformer un défaut en effet ». Qu’est-ce que ça veut dire? Les personnes qui construisent des ordinateurs quantiques ont très peur de l’environnement externe qui affecte les ordinateurs qu’ils construisent ; nous – tout le contraire. Nous créons ces états quantiques spéciaux et très fragiles. Nous avons étudié très précisément leurs interactions avec l’environnement et nous sommes désormais prêts à transférer ces connaissances du domaine académique vers les applications technologiques. Par exemple, pour créer des détecteurs de champ magnétique – des instruments de mesure capables de mesurer avec une grande précision la force et la direction du champ magnétique dans l’espace. En fonction de la manière dont le champ endommage un bit quantique et du nombre de bits quantiques créés à l’origine qui sont endommagés, nous pouvons déterminer la force du champ avec lequel il a interagi. J’insiste sur – très précis, ce qui signifie que ces mesureurs de champ magnétique sont parmi les plus précis qui existent aujourd’hui.

Maintenant que nous en sommes à la technologie, il est temps de se demander qui a besoin de tout cela ? A quoi ça sert ? Pour que la réponse ne soit pas déclarative, il est préférable de regarder qui sont nos clients, qui sont prêts à payer pour de telles recherches, car, comme développer n’importe quelle technologie, ce n’est pas un plaisir bon marché.

Récemment, nous avons construit un prototype en laboratoire d’un mesureur de champ magnétique pour l’Agence spatiale européenne. Comme vous pouvez facilement le comprendre, dans l’espace, il est impossible de dire : regarder vers le haut ou vers le bas. Cela ne peut être fait que lorsque la Terre est « sous les pieds ». Par conséquent, il existe différentes méthodes permettant aux véhicules spatiaux de naviguer dans l’espace, afin qu’ils ne commencent pas à tourner de manière incontrôlable autour de leur axe. L’une de ces méthodes consiste à orienter l’appareil en fonction de la direction du champ magnétique dans l’espace. Il faut construire un magnétomètre qui mesure en même temps la force et la direction du champ magnétique. Le projet a été très réussi. Et, comme cela arrive généralement, si vous vous présentez comme un partenaire compétent, les prochains clients et projets surgissent. Nous construisons actuellement un magnétomètre similaire, mais plus précis, pour mesurer le champ magnétique sur Terre. Qui en a besoin ? Il s’avère que si nous connaissons exactement ce champ, nous pouvons savoir où nous nous trouvons sur Terre. Peut-être vous souvenez-vous de l’image où vous pouvez voir le globe et les lignes de champ magnétique qui sortent du pôle sud, puis sont parallèles à la surface de la Terre à l’équateur et entrent à nouveau verticalement dans le pôle nord de la Terre. Qu’est-ce que cela indique ? Cela signifie que si le champ magnétique pointe verticalement, vous êtes au pôle terrestre. S’il est dirigé horizontalement, vous êtes sur l’équateur. Tous les autres endroits sur Terre connaissent quelque chose entre ces deux états. Plus on se rapproche du pôle, plus le champ se rapproche de la verticale. Par exemple, en Lettonie, à Riga, la direction du champ magnétique n’est pas loin de la verticale. Elle ne diffère de la verticale que d’un peu moins de vingt degrés. Mais ce n’est pas surprenant. Nous savons que nous vivons beaucoup plus près du pôle Nord que de l’équateur.

Qui trouve intéressante cette application d’un magnétomètre ? Qui commande de telles études ? Cette fois, notre client est le Fonds européen de défense. Au cours de la dernière année et demie, cela est devenu particulièrement pertinent. Il est bien connu qu’en temps de crise, notre système de positionnement global GPS, sans lequel de nombreux conducteurs ne peuvent plus imaginer leur vie, peut être facilement désactivé ou perturbé. Dans ces moments-là, être capable de naviguer en mesurant la force et la direction du champ magnétique devient très important.

Un autre de nos projets commandé par l’OTAN est la création de magnétomètres pour les systèmes de sécurité des aéroports. Avant de monter à bord des avions, nous passons par un « cadre » qui détecte les objets métalliques. Si, par exemple, vous oubliez de sortir la clé de l’appartement de votre poche, elle émettra un « bip ». Il s’avère que les mesures de champ magnétique (je n’entrerai pas dans les détails pour des raisons évidentes) peuvent rendre ces systèmes de sécurité encore plus sécurisés.

Mais il ne faut pas penser que de tels capteurs quantiques n’intéressent que les institutions concernées par l’exploration spatiale ou la sécurité. Parmi nos projets figure également une commande du Conseil scientifique letton visant à assurer la stabilité du courant en mesurant le champ magnétique qu’il crée dans les lignes électriques, entre autres.

Il faut donc beaucoup de travail et de ressources pour mener des recherches. L’essentiel est de gérer tout cela. Il ne manque qu’une chose : des mains qui travaillent. De grandes opportunités s’ouvrent ici pour les jeunes prêts à relever de tels défis académiques et technologiques et à construire leur carrière dans cette direction.

En conclusion, je souhaite revenir au début de mon histoire : la question de la finalité du monde. La physique classique prédisait qu’une des deux réponses possibles était possible : oui – définitive ou non – non définitive. La physique quantique a ajouté une troisième option – à la fois finie et infinie, corrélée. Mais Bouddha avait une quatrième option – ni définitive ni infinie non plus. Pas les deux en même temps, mais ni l’un ni l’autre en même temps. Peut-être que les physiciens et les ordinateurs quantiques devraient réfléchir à cette option de réponse ? Une blague, bien sûr… Mais il n’y a qu’une partie de plaisanterie dans chaque blague.

Tout comme les solutions technologiques que j’ai décrites ne sont devenues possibles que sur la base d’une bonne science fondamentale, les prochains « bonds » seront possibles lorsque les prochaines étapes de la science fondamentale seront franchies pour la première fois. Il ne doit pas être oublié. Et pourquoi cette étape ne devrait-elle pas être inspirée par la réflexion sur la réponse du Bouddha – pas fini et pas infini en même temps, ou pas zéro et pas un en même temps ? Qu’est-ce que cela pourrait signifier ?

Chronique scientifique du professeur Auzin

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