Recherche publiée dans Examen physique X montre que les ordinateurs quantiques peuvent plus facilement modéliser l'inversion de cause à effet - comme suivre un film joué à l'envers - que les ordinateurs classiques. La découverte de chercheurs à Singapour, les États-Unis et l'Europe peuvent avoir des implications pour expliquer comment nous percevons le temps. Crédit :Aki Honda/Centre des technologies quantiques, université nationale de Singapour
Regardez un film à l'envers et vous serez probablement confus, mais pas un ordinateur quantique. C'est la conclusion du chercheur Mile Gu du Center for Quantum Technologies (CQT) de l'Université nationale de Singapour et de l'Université technologique de Nanyang et de ses collaborateurs.
Dans une étude publiée le 18 juillet dans Examen physique X , l'équipe internationale montre qu'un ordinateur quantique est moins soumis à la flèche du temps qu'un ordinateur classique. Dans certains cas, c'est comme si l'ordinateur quantique n'avait pas du tout besoin de faire la distinction entre cause et effet.
Le nouveau travail s'inspire d'une découverte influente faite il y a près de 10 ans par les scientifiques de la complexité James Crutchfield et John Mahoney à l'Université de Californie, Davis. Ils ont montré que de nombreuses séquences de données statistiques auront une flèche temporelle intégrée. Un observateur qui voit les données jouées du début à la fin, comme les cadres d'un film, peut modéliser ce qui vient ensuite en utilisant seulement une quantité modeste de mémoire sur ce qui s'est passé avant. Un observateur qui essaie de modéliser le système à l'envers a une tâche beaucoup plus difficile - potentiellement avoir besoin de suivre des ordres de grandeur plus d'informations.
Cette découverte a été connue sous le nom d'asymétrie causale. Cela semble intuitif - après tout, modéliser un système lorsque le temps passe à l'envers, c'est comme essayer d'inférer une cause à partir d'un effet. Nous sommes habitués à trouver cela plus difficile que de prédire un effet à partir d'une cause. Dans la vie de tous les jours, comprendre ce qui va se passer ensuite est plus facile si vous savez ce qui vient de se passer, et ce qui s'est passé avant cela.
Cependant, les chercheurs sont toujours intrigués de découvrir des asymétries liées à l'ordonnancement temporel. C'est parce que les lois fondamentales de la physique sont ambivalentes quant à savoir si le temps avance ou recule. "Quand la physique n'impose aucune direction au temps, d'où vient l'asymétrie causale (la surcharge de mémoire nécessaire pour inverser la cause et l'effet) ?", demande Gu.
Les premières études d'asymétrie causale ont utilisé des modèles avec la physique classique pour générer des prédictions. Crutchfield et Mahoney ont fait équipe avec Gu et ses collaborateurs Jayne Thompson, Andrew Garner et Vlatko Vedral au CQT pour savoir si la mécanique quantique change la donne.
Ils ont trouvé que c'était le cas. Des modèles utilisant la physique quantique, l'équipe prouve, peut entièrement atténuer la surcharge de mémoire. Un modèle quantique forcé d'émuler le processus en temps inverse surpassera toujours un modèle classique émulant le processus en temps avant.
Le travail a des implications profondes. "La chose la plus excitante pour nous est la connexion possible avec la flèche du temps, " dit Thompson, premier auteur de l'ouvrage. « Si l'asymétrie causale ne se trouve que dans les modèles classiques, il suggère notre perception de cause à effet, et donc le temps, peut émerger de l'application d'une explication classique sur des événements dans un monde fondamentalement quantique, " elle dit.
Prochain, l'équipe veut comprendre comment cela se connecte à d'autres idées de temps. "Chaque communauté a sa propre flèche du temps, et tout le monde veut expliquer d'où ils viennent, " dit Vedral. Crutchfield et Mahoney ont appelé l'asymétrie causale un exemple de " flèche barbelée " du temps.
La plus emblématique est la flèche thermodynamique. Il vient de l'idée que le désordre, ou entropie, augmentera toujours - un peu ici et là, dans tout ce qui arrive, jusqu'à ce que l'univers se termine comme un seul grand, un vrai foutoir. Alors que l'asymétrie causale n'est pas la même que la flèche thermodynamique, ils pourraient être interdépendants. Les modèles classiques qui suivent plus d'informations génèrent également plus de désordre. "Cela laisse entendre que l'asymétrie causale peut avoir des conséquences entropiques, " dit Thompson.
Les résultats peuvent également avoir une valeur pratique. La suppression du surcoût classique pour inverser la cause et l'effet pourrait aider la simulation quantique. "Comme un film à l'envers, parfois, nous pouvons être amenés à donner un sens à des choses qui sont présentées dans un ordre intrinsèquement difficile à modéliser. Dans ces cas, les méthodes quantiques pourraient s'avérer beaucoup plus efficaces que leurs homologues classiques, " dit Gu.
