Les théories de la mécanique quantique et de la gravité sont connues pour être incompatibles, malgré les efforts de dizaines de physiciens au cours des cinquante dernières années. Cependant, récemment une équipe internationale de chercheurs dirigée par des physiciens de l'Université de Vienne, l'Académie autrichienne des sciences ainsi que l'Université du Queensland (AUS) et le Stevens Institute of Technology (États-Unis) ont combiné les éléments clés des deux théories décrivant l'écoulement du temps et ont découvert que l'ordre temporel entre les événements peut présenter de véritables caractéristiques quantiques .

Selon la relativité générale, la présence d'un objet massif ralentit l'écoulement du temps. Cela signifie qu'une horloge placée à proximité d'un objet massif fonctionnera plus lentement qu'une horloge identique plus éloignée.

Cependant, les règles de la théorie quantique permettent de préparer n'importe quel objet dans un état de superposition. Un état de superposition de deux emplacements est différent de placer un objet dans l'un ou l'autre emplacement au hasard - c'est une autre façon pour un objet d'exister, permis par les lois de la physique quantique.

L'une des questions ouvertes en physique est la suivante :que se passe-t-il lorsqu'un objet suffisamment massif pour influencer l'écoulement du temps est placé dans un état de superposition quantique ?

C'est un sujet controversé :certains physiciens prétendent que de tels scénarios sont fondamentalement impossibles - un nouveau mécanisme doit empêcher la superposition de se former en premier lieu - tandis que d'autres développent des théories entières basées sur l'hypothèse que cela est possible.

« Nous avons commencé par aborder une question :que mesurerait une horloge si elle était influencée par un objet massif dans un état de superposition quantique ? explique Magdalena Zych de l'Université du Queensland.

Les scientifiques s'attendaient à faire face aux barrages rendant le scénario impossible, mais étonnamment, en utilisant des manuels de physique standard, ils ont pu décrire exactement ce qui se passe.

Ils ont ainsi découvert que lorsqu'un objet massif est placé dans une superposition quantique à proximité d'un ensemble d'horloges, leur ordre temporel peut devenir véritablement quantique, défiant toute description classique.

Caslav Brukner, coauteur de l'Université de Vienne et de l'Académie autrichienne des sciences a ajouté que le régime où l'ordre quantique du temps pourrait survenir est assez éloigné de notre expérience quotidienne, "Mais l'idée la plus importante de notre travail est que l'ordre temporel quantique est tout à fait possible, et qu'il en résulte de nouveaux effets physiques."

Pour illustrer ce qui se passe, imaginez une paire de vaisseaux spatiaux s'entraînant pour une mission. On leur demande de se tirer dessus à une heure précise, et démarrent immédiatement leurs moteurs afin d'esquiver l'attaque de l'autre. Si l'un des navires tire trop tôt, il détruira l'autre, et cela établit un ordre temporel indubitable entre les événements de tir. Si un agent puissant pouvait placer un objet suffisamment massif, dis une planète, plus près d'un navire, il ralentirait son comptage du temps. Par conséquent, le navire le plus éloigné de la masse tirera trop tôt pour que le premier puisse s'échapper.

Les lois de la physique quantique et de la gravité prédisent qu'en manipulant un état de superposition quantique de la planète, les navires peuvent se retrouver dans une superposition de l'un ou l'autre détruit. Un tel état de superposition, impliquant deux systèmes, est appelé enchevêtré. Les nouveaux travaux montrent que l'ordre temporel parmi les événements peut présenter une superposition et un enchevêtrement - des caractéristiques véritablement quantiques d'une importance particulière pour tester la théorie quantique par rapport à des alternatives. Le résultat peut maintenant être utilisé comme terrain d'essai théorique pour les cadres de la gravité quantique, et ainsi aider à avancer dans la formulation de la théorie correcte de la gravité quantique.

L'étude sera également pertinente pour les futures technologies quantiques. Les ordinateurs quantiques qui exploitent l'ordre quantique d'exécution d'opérations pourraient battre les appareils qui fonctionnent uniquement à l'aide de séquences fixes. Les implémentations pratiques de l'ordre temporel quantique ne nécessitent pas de conditions extrêmes, telles que des planètes en superposition, et peuvent être simulées sans l'utilisation de la gravité. La découverte des propriétés quantiques du temps peut conduire à de meilleurs dispositifs quantiques dans l'ère à venir des ordinateurs quantiques.