Une nouvelle technique pour l'informatique quantique pourrait ouvrir tout notre modèle de la façon dont le temps se déplace dans l'univers.
Voici ce qui semble long depuis longtemps: le temps travaille dans une seule direction. L'autre direction? Pas tellement.
C'est vrai dans la vie. (Le mardi se transforme en mercredi 2018 en 2019, les jeunes jusqu'à la vieillesse.) Et c'est vrai dans un ordinateur classique. Qu'est-ce que ça veut dire? Il est beaucoup plus facile pour un peu de logiciel exécuté sur votre ordinateur portable de prédire comment un système complexe évoluera 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. (Pratiquement parlant, avancer dans le temps est plus facile.)
Cela a des conséquences réelles. Les météorologues peuvent raisonnablement bien prédire s'il pleuvra dans cinq jours en se basant sur les données radar météorologiques actuelles. Mais demandez aux mêmes météorologues de déterminer 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 théoriciens de l'information soupçonnaient depuis longtemps que l'asymétrie causale pourrait être une caractéristique fondamentale de l'univers. Dès 1927, le physicien Arthur Eddington soutenait que cette asymétrie est la raison pour laquelle nous avançons uniquement 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 - de faire avancer les choses (cause, puis effet) que vers l'arrière (effet, puis cause). Cette idée est appelée 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 - quelque chose qui ne nous a semblé être le cas qu'en raison de nos outils limités.
Une équipe de chercheurs a constaté que, dans certaines circonstances, l'asymétrie causale disparaît à l'intérieur des ordinateurs quantiques, qui calculent d'une manière entièrement 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 les particules subatomiques qui suivent des règles bizarres et peuvent donc chacune être dans plus d'un état en même temps. Et, encore plus séduisant, 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?
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 les systèmes physiques qui présentaient le niveau de trouble et de caractère aléatoire des bouchons d'or - ni trop peu, ni trop. (Donc, quelque chose comme un système météorologique en développement.) Celles-ci sont très difficiles à comprendre pour les ordinateurs, a déclaré la co-auteure de l'étude Jayne Thompson, théoricienne de la complexité et physicienne qui étudie l'information quantique à l'Université nationale de Singapour.
Ensuite, ils ont essayé de comprendre le passé et le futur 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, 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.
"Bien que classiquement, il pourrait être impossible pour le processus d'aller dans l'une des directions", a déclaré Thompson à Live Science, "nos résultats montrent que" mécaniquement quantique ", le processus peut aller dans l'une ou l'autre direction en utilisant très peu de mémoire."
Et si c'est vrai à l'intérieur d'un ordinateur quantique, c'est vrai dans l'univers, dit-elle.
La physique quantique est l'étude des comportements probabilistes étranges des 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, il en va de même pour l'univers.
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 décrits dans ce document, 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 nus où une asymétrie causale émerge.
"Je suis agnostique sur ce point", a-t-elle déclaré.
Pour l'instant.
La prochaine étape de cette recherche, a-t-elle dit, est de répondre à cette question - de déterminer si l'asymétrie causale existe dans tous les modèles quantiques.
Ce document ne prouve pas que le temps n'existe pas ou que nous pourrons un jour le faire reculer. 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, est toujours une question ouverte.
Le véritable avantage pratique de ce travail, a-t-elle déclaré, est que les ordinateurs quantiques pourraient être capables de faire facilement des simulations de choses (comme la météo) dans les deux sens au fil du temps, sans difficulté majeure. Ce serait un changement radical par rapport au monde actuel de la modélisation classique.
