Normalement, l'influence causale est supposée n'aller que dans un sens - de la cause à l'effet - et ne jamais revenir de l'effet à la cause - la sonnerie d'une cloche ne provoque pas l'appui sur le bouton qui l'a déclenchée. Maintenant, des chercheurs de l'Université d'Oxford et de l'Université libre de Bruxelles ont développé une théorie de la causalité en théorie quantique, selon laquelle les relations de cause à effet peuvent parfois former des cycles. Cette théorie offre une nouvelle compréhension des processus exotiques dans lesquels les événements n'ont pas d'ordre causal défini. L'étude a été publiée dans Communication Nature .

L'une des façons dont la théorie quantique défie les intuitions classiques est de remettre en question nos idées de causalité. L'intrication quantique peut être utilisée pour produire des corrélations entre des expériences distantes connues pour échapper à des explications causales satisfaisantes dans le cadre des modèles causaux classiques. Par ailleurs, une unification de la théorie quantique et de la gravité devrait permettre des situations dans lesquelles la structure causale de l'espace-temps est soumise à l'indétermination quantique, suggérant que les événements n'ont pas du tout besoin d'être ordonnés causalement.

Récemment, une équipe de chercheurs d'Oxford et de Bruxelles a développé une théorie de la causalité en théorie quantique, dans lequel les concepts causaux sont définis en termes intrinsèquement quantiques plutôt que se rapportant à un niveau classique émergent de résultats de mesure. Cela a offert une compréhension causale des corrélations produites par les états intriqués. Maintenant, ils ont généralisé la théorie pour permettre à l'influence causale d'aller en cycles, fournir une compréhension causale des processus avec des événements dans un ordre causal indéfini.

"L'idée clé derrière notre proposition est que les relations causales dans la théorie quantique correspondent à l'influence par des transformations dites unitaires - ce sont les types de transformations qui décrivent les évolutions de systèmes quantiques isolés. Ceci est étroitement analogue à une approche des modèles causaux classiques qui suppose un déterminisme sous-jacent et situe les relations causales dans des dépendances fonctionnelles entre variables, " explique Jonathan Barrett de l'Université d'Oxford. L'idée principale de la nouvelle étude est d'appliquer le même principe à des processus dans lesquels l'ordre des opérations peut être dynamique ou même indéfini, comme une grande classe de ces processus peut être comprise comme résultant de transformations unitaires, trop, mais pas ceux qui se déroulent dans une séquence ordinaire.

"Précédemment, les processus avec un ordre causal indéfini étaient généralement considérés comme simplement incompatibles avec toute explication causale. Notre travail montre qu'une classe majeure d'entre eux - ceux qui peuvent être compris comme résultant de processus unitaires et que l'on pense être ceux qui pourraient avoir une réalisation physique dans la nature - pourraient, En réalité, être considéré comme ayant une structure causale définie, bien que impliquant des cycles, " dit Robin Lorenz, un auteur correspondant de l'étude. "L'idée de structures causales cycliques peut sembler contre-intuitive, mais le cadre de processus quantique dans lequel il est formulé garantit qu'il est exempt de paradoxes logiques, comme la possibilité de remonter le temps et de se tuer plus jeune, " explique Ognyan Oreshkov de l'Université libre de Bruxelles.

"Exotiques comme ils apparaissent, certains de ces scénarios sont en fait connus pour avoir des réalisations expérimentales dans lesquelles les variables d'intérêt sont délocalisées dans le temps."

Cela signifie-t-il que l'espace-temps n'a pas la structure causale acyclique qu'il est normalement supposé avoir ? Pas exactement, puisque dans les expériences mentionnées, les événements qui sont liés de manière causale de manière cyclique ne sont pas locaux dans l'espace-temps. Cependant, les chercheurs pensent que la structure causale de l'espace-temps lui-même pourrait devenir cyclique de cette manière quantique à l'intersection de la théorie quantique et de la relativité générale, où des processus analogues à ceux réalisables en laboratoire sont attendus, mais les événements étant locaux dans leurs référentiels spatio-temporels respectifs.