Comment les ordinateurs quantiques pourraient tuer la flèche du temps

Une nouvelle technique d'informatique quantique pourrait ouvrir tout notre modèle de mouvement du temps dans l'univers.

Voici ce qui semble être vrai depuis longtemps: le temps travaille dans un sens. L'autre direction? Pas tellement.

C'est vrai dans la vie. (Mardi roule vers mercredi, 2018 en 2019, les jeunes dans la vieillesse.) Et c'est vrai dans un ordinateur classique. Qu'est-ce que ça veut dire? Il est beaucoup plus facile pour un logiciel fonctionnant sur votre ordinateur portable de prédire comment un système complexe se déplacera et se développera à l'avenir que de recréer son passé. Une propriété de l'univers que les théoriciens appellent «l'asymétrie causale» exige qu'il faut beaucoup plus d'informations - et des calculs beaucoup plus complexes - pour se déplacer dans une direction à travers le temps que pour se déplacer dans l'autre. (En pratique, avancer dans le temps est plus facile.)

Cela a des conséquences réelles. Les météorologues peuvent faire un assez bon travail de prédire s'il va pleuvoir dans cinq jours sur la base des données radar météorologiques d'aujourd'hui. Mais demandez aux mêmes météorologues de savoir s'il a plu il y a cinq jours en utilisant les images radar d'aujourd'hui? C'est une tâche beaucoup plus difficile, nécessitant beaucoup plus de données et des ordinateurs beaucoup plus gros. [Les 18 plus grands mystères non résolus de la physique]

Les théoriciens de l'information soupçonnèrent depuis longtemps que l'asymétrie causale pourrait être une caractéristique fondamentale de l'univers. Dès 1927, le physicien Arthur Eddington soutenait que cette asymétrie était la raison pour laquelle nous n'avançons que dans le temps, et jamais en arrière. Si vous comprenez l'univers comme un ordinateur géant calculant constamment son chemin dans le temps, il est toujours plus facile - moins gourmand en ressources - que les choses avancent (cause, puis effet) que vers l'arrière (effet, puis cause). Cette idée s'appelle la «flèche du temps».

Mais un nouvel article, publié le 18 juillet dans la revue Physical Review X, ouvre la porte à la possibilité que cette flèche soit un artefact de calcul de style classique - ce qui ne nous semble être le cas qu'en raison de nos outils limités..

Une équipe de chercheurs a découvert que dans certaines circonstances, l'asymétrie causale disparaît à l'intérieur des ordinateurs quantiques, qui calculent d'une manière totalement différente - Contrairement aux ordinateurs classiques dans lesquels les informations sont stockées dans l'un des deux états (1 ou 0), avec les ordinateurs quantiques, les informations sont stockées dans des particules subatomiques qui suivent des règles bizarres et peuvent donc chacune être dans plus d'un état en même temps. Et, plus attrayant encore, leur article montre la voie vers de futures recherches qui pourraient montrer que l'asymétrie causale n'existe pas vraiment du tout dans l'univers..

Comment ça va?

Des systèmes très ordonnés et très aléatoires sont faciles à prévoir. (Pensez à un pendule - ordonné - ou à un nuage de gaz remplissant une pièce - désordonné.) Dans cet article, les chercheurs ont examiné des systèmes physiques qui présentaient un niveau de désordre et d'aléatoire de type goldilocks - ni trop peu, ni trop. (Donc, quelque chose comme un système météorologique en développement.) Ceux-ci sont très difficiles à comprendre pour les ordinateurs, a déclaré Jayne Thompson, co-auteur de l'étude, théoricienne de la complexité et physicienne étudiant l'information quantique à l'Université nationale de Singapour. [Physique farfelue: les petites particules les plus cool de la nature]

Ensuite, ils ont essayé de comprendre le passé et l'avenir de ces systèmes en utilisant des ordinateurs quantiques théoriques (aucun ordinateur physique impliqué). Non seulement ces modèles d'ordinateurs quantiques utilisaient moins de mémoire que les modèles informatiques classiques, a-t-elle dit, mais ils étaient capables de fonctionner dans les deux sens à travers le temps sans utiliser de mémoire supplémentaire. En d'autres termes, les modèles quantiques n'avaient pas d'asymétrie causale.

"Alors que classiquement, il pourrait être impossible pour le processus d'aller dans l'une des directions [à travers le temps]", a déclaré Thompson, "nos résultats montrent que" mécaniquement quantique ", le processus peut aller dans les deux sens en utilisant très peu de mémoire."

Et si c'est vrai dans un ordinateur quantique, c'est vrai dans l'univers, dit-elle.

La physique quantique est l'étude des étranges comportements probabilistes de très petites particules - toutes les très petites particules de l'univers. Et si la physique quantique est vraie pour toutes les pièces qui composent l'univers, c'est vrai pour l'univers lui-même, même si certains de ses effets les plus étranges ne sont pas toujours évidents pour nous. Donc, si un ordinateur quantique peut fonctionner sans asymétrie causale, alors l'univers peut aussi.

Bien sûr, voir une série de preuves sur la façon dont les ordinateurs quantiques fonctionneront un jour n'est pas la même chose que de voir l'effet dans le monde réel. Mais nous sommes encore loin des ordinateurs quantiques suffisamment avancés pour exécuter le type de modèles que ce document décrit, ont-ils déclaré..

De plus, a déclaré Thompson, cette recherche ne prouve pas qu'il n'y a aucune asymétrie causale nulle part dans l'univers. Elle et ses collègues ont montré qu'il n'y a pas d'asymétrie dans une poignée de systèmes. Mais il est possible, a-t-elle dit, qu'il existe des modèles quantiques très simples où une asymétrie causale émerge..

«Je suis agnostique sur ce point», dit-elle.

Pour l'instant.

La prochaine étape de cette recherche, a-t-elle déclaré, consiste à répondre à cette question - à déterminer s'il existe une asymétrie causale dans les modèles quantiques..

Ce papier ne prouve pas que le temps n'existe pas, ou que nous pourrons un jour y revenir en arrière. Mais cela semble montrer que l'un des éléments clés de notre compréhension du temps, des causes et des effets, ne fonctionne pas toujours comme les scientifiques l'ont longtemps supposé - et pourrait ne pas fonctionner du tout de cette façon. Ce que cela signifie pour la forme du temps, et pour le reste d'entre nous, reste une question ouverte.

Le véritable avantage pratique de ce travail, a-t-elle déclaré, est que les ordinateurs quantiques pourraient être capables d'exécuter facilement des simulations de choses (comme la météo) dans les deux sens à travers le temps, sans difficulté sérieuse. Ce serait un changement radical par rapport au monde actuel de la modélisation classique.

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