S'appuyant sur l'expérience révolutionnaire de « inversion du temps » de l'année dernière, deux chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou et du Laboratoire national d'Argonne ont publié une nouvelle étude théorique en Physique des communications . Alors que leur article précédent traitait d'un état quantique prédéfini, cette fois, les physiciens ont imaginé un moyen d'inverser dans le temps l'évolution d'un objet de manière arbitraire, état inconnu.

Un jour, un schéma d'inversion amélioré pourrait nous permettre de confirmer le bon fonctionnement d'un ordinateur quantique si puissant qu'il nécessiterait autrement un ordinateur encore plus gros que lui pour vérifier, déjouer le but.

Le chaos règne dans le temps

Il y a une certaine manière naturelle dont l'état d'une puce quantique évolue si elle est laissée à elle-même :de l'ordre au chaos. C'est vrai pour d'autres choses, aussi :avec le temps, nos corps vieillissent, les structures artificielles se détériorent, et tandis qu'un glaçon laissé sur la table du dîner fond invariablement, un autre glaçon n'apparaîtra certainement pas dans un verre à l'improviste, bien que cela puisse dépendre de ce que l'on a bu.

Grâce à l'expérience quotidienne, nous acquérons un sens du temps basé sur la distinction entre les états passés généralement plus ordonnés et les états futurs généralement plus chaotiques des systèmes fermés, comme un verre d'eau avec un glaçon, où la fusion est un processus à sens unique. Les physiciens appellent cela l'asymétrie temporelle, ou la flèche du temps. Elle découle de la tendance au désordre, formellement exprimé par la deuxième loi de la thermodynamique.

"L'une de nos percées, " dit l'un des auteurs, Valerii Vinokur d'Argonne, "est la réalisation - que nous mettons en pratique - qu'un ordinateur quantique est un morceau du monde physique réel mais permettant un contrôle sans précédent sur son évolution dans le temps."

Livre d'orthographe d'algorithmes

Ce que de nombreux journalistes ont qualifié de «machine à remonter le temps» l'année dernière, c'est l'expérience des physiciens qui a brièvement inversé la flèche du temps pour un ordinateur quantique. C'est-à-dire, l'expérience a eu lieu dans l'ordinateur, initialement dans un état ordonné, évoluant vers un plus grand chaos pendant une brève période de temps. Après ça, l'équipe a utilisé son algorithme d'inversion du temps pour modifier l'état de l'ordinateur de telle manière qu'il a commencé à retracer tout ce qu'il avait fait auparavant, évoluant efficacement en lecture inversée jusqu'à ce qu'il prenne l'état ordonné d'origine.

Le hic, c'est qu'il fallait connaître l'état de l'ordinateur au moment où l'algorithme d'inversion du temps s'est déclenché, car ce n'était pas universel. "Même cela ressemblait à de la magie, mais la procédure retravaillée est un tout autre genre de génie, si vous permettez l'analogie, " Commenta Vinokur. " Disons que vous vouliez redonner au Parthénon sa splendeur d'origine. Le vieux génie irait, 'Bien, Je peux le faire, mais vous devez me donner quelques informations. Je veux un plan parfaitement détaillé des ruines telles qu'elles sont maintenant. Tu vois, ce génie n'avait pas de sortilège universel pour remonter le temps. Au lieu, il avait un très gros livre de sortilèges, qu'il faudrait feuilleter ensemble pour trouver la bonne. Un gars très ennuyeux."

Pratiquement parlant, le problème d'avoir à savoir quel état vous inversez est la nécessité de l'enregistrer. Ce n'était pas vraiment un problème pour le petit ordinateur composé de deux ou trois bits quantiques, qui a été utilisé dans l'étude de l'année dernière. Mais la mise à l'échelle de l'expérience augmente très rapidement les besoins en mémoire :chaque qubit supplémentaire double la quantité de mémoire nécessaire.

Pour remédier à ce, les chercheurs ont proposé un algorithme universel, alors maintenant, ils ont une bête de génie à commander qui est suffisamment flexible pour s'adapter à n'importe quel scénario. Peu importe de quelle manière un système quantique s'est détérioré, il peut faire son tour de magie et le rembobiner dans son passé « ordonné ». Certes, il demandera des tonnes et des tonnes de marbre et le brûlera avec les feux de l'enfer, mais ce n'est jamais simple avec les génies. Peut-être que celui-ci est un afreet.

Accessoires de scène de magicien

Voici une expérience de pensée pour vous guider tout au long du processus. Imaginez que vous preniez un tas de molécules d'eau et que vous les utilisiez pour faire un flocon de neige d'aspect très unique dans une boîte parfaitement hermétique. Vous seul connaissez la forme du flocon de neige. Vous laissez la boîte à température ambiante pendant un certain temps, et cela ruine le flocon de neige en elle. Avec le nouvel algorithme d'inversion du temps et quelques manipulations thermiques sophistiquées, les chercheurs prétendent qu'ils pourraient restaurer votre flocon de neige dans sa forme d'origine. Voici comment.

Au fur et à mesure des tours de passe-passe, les physiciens commencent par compliquer un peu les choses avec des accessoires de scène :ils auront besoin d'une boîte identique avec le même nombre de molécules d'eau dedans - rappelez-vous les tonnes de marbre. L'eau peut être à l'état liquide ou gazeux, cela n'a aucune importance. Vous devez juste garantir que les deux boîtes contiennent les mêmes choses dans la même quantité. Gardez maintenant un œil sur le tour de passe-passe qui suit.

Une fois qu'une boîte double, également connue sous le nom de système auxiliaire, est disponible, la procédure comporte quatre étapes.

Étape 1: Thermalisation . Porter la box twin à très haute température en la mettant en contact avec un corps très chaud, appelé réservoir de chaleur.

Étape 2: Séparation . Déconnectez le réservoir de chaleur.

Étape 3: Manipulation . Exécutez une opération dite d'échange quantique non-complète entre la boîte jumelle et la boîte d'origine.

Étape 4: Réitération . Répétez les étapes 1 à 3 un nombre impie de fois.

Cette séquence induit un état inversé dans le temps de la boîte d'origine avec le flocon de neige en ruine, ce qui signifie qu'il commencera immédiatement à revenir sur son passé récent jusqu'à ce qu'il assume l'état initial, en reprenant exactement la même forme que vous vouliez. Voila !

Le papier en Physique des communications fournit une formule pour combien de fois le cycle ci-dessus doit être répété pour inverser l'état d'un système donné par rapport au temps. C'est-à-dire, le pousser précisément de la bonne manière pour assurer une évolution en arrière de l'état actuel vers des états antérieurs dans le passé. En bref, le nombre est énorme, et il croît rapidement avec la complexité du système et avec la date à laquelle il est censé remonter dans le temps.

Pimp mon qubit

Certes, le Parthénon devra probablement attendre, mais l'équipe est optimiste quant à une éventuelle expérience qui inverserait brièvement le temps d'un simple ordinateur composé d'un petit nombre de bits quantiques. Avec deux qubits, par exemple, il faudrait au moins 16 répétitions de cycle, avec trois c'est 64, etc.

Une telle expérience est réalisable avec la technologie d'aujourd'hui, mais le problème est que les machines accessibles au public, telles que l'ordinateur quantique IBM utilisé dans l'étude de l'année dernière, ne prennent pas en charge la thermalisation, qui est la première étape du cycle. À bien y penser, il, s'attendre à ce que les installations partagées aient des caractéristiques spécialisées de ce type, c'est comme demander à votre service d'autopartage local un lowrider qui saute. Donc, cette fois, une expérience d'inversion attend une équipe prête à « pimper » son propre ordinateur quantique, l'ajustant sur mesure avec un gros réservoir de chaleur.

Alors que la mécanique quantique en tant que telle est notoirement contre-intuitive, il y a un aspect du nouvel algorithme d'inversion du temps qui laisse même les physiciens se gratter la tête. "En général, plus un système est chaud, plus il est désorganisé. Alors si vous y réfléchissez, ce que nous faisons, c'est utiliser un outil associé au chaos total - le réservoir de chaleur - pour mettre de l'ordre, " Andrey Lebedev a expliqué. " Nous exposons à plusieurs reprises le système auxiliaire à une température extrêmement élevée dans le but ultime d'observer le passé froid et ordonné du système primaire. C'est un paradoxe que nous n'avons pas encore compris."

Comment tester quelqu'un de plus intelligent que vous

Des algorithmes d'inversion du temps universel pourraient être utilisés à l'avenir pour vérifier qu'un ordinateur quantique fonctionne correctement, et un avantage quantique a été atteint. La chose est, une fois qu'un ordinateur quantique est beaucoup plus puissant que les autres ordinateurs, comment confirmer qu'il n'est pas sujet aux erreurs sans un dispositif anti-erreur comparable ?

Une fois qu'une machine à 52 qubits exécute un algorithme quantique avancé, il produira un état quantique extrêmement complexe. La manière conventionnelle de s'assurer qu'aucune erreur n'a été commise nécessiterait une description complète de l'état final. Cependant, ce serait au-delà des pouvoirs de l'humanité.

C'est là qu'interviennent les algorithmes d'inversion du temps universel. Si vous pouvez exécuter le calcul à l'envers et ne vous souciez pas de l'état final que vous " ' alors il n'est pas nécessaire de le décrire. Assurez-vous simplement de revenir précisément à votre point de départ.

Ainsi, lorsque les ordinateurs quantiques commencent à produire des découvertes scientifiques, l'inversion du temps sera utile pour confirmer qu'il s'agit de conclusions valables sur le monde plutôt que d'un problème quantique aux proportions épiques.