Les scientifiques utilisent l'ordinateur quantique pour inverser le temps | Briser la 2e loi de la thermodynamique

• Les physiciens ont réussi à créer un état quantique qui se déplace dans le sens opposé de la flèche thermodynamique du temps.
• Ils ont démontré cet état dans un ordinateur quantique à 2 et 3 qubits.
• Il pourrait être utilisé pour rendre les ordinateurs quantiques plus précis tout en réduisant les erreurs et le bruit.

Comment l'irréversibilité émerge-t-elle des lois de la physique apparemment symétriques dans le temps ? Les scientifiques tentent de trouver la réponse depuis des années.

Dans le cadre de la mécanique statistique classique, le problème est lié à la 2ème loi de la thermodynamique, qui stipule que l'entropie dans un système fermé augmente lorsque l'énergie passe d'une forme à l'autre, ou que la matière se déplace librement.

En 2018, des chercheurs russes de l'Institut de physique et de technologie de Moscou ont signalé la violation de la 2e loi de la thermodynamique via un dispositif connu sous le nom de démon de Maxwell. Maintenant, ils ont abordé le problème sous un angle différent :ils ont développé un état quantique qui se déplace dans le sens opposé de la flèche thermodynamique du temps.

L'équipe a d'abord évalué la probabilité qu'un électron dans le vide voyage instinctivement dans son passé récent. Ils ont découvert que l'observation de 10 milliards d'électrons nouvellement localisés chaque seconde pendant toute la durée de vie de l'univers ne révélerait qu'une seule fois l'évolution inverse de l'état de l'électron.

Même dans ce cas, la particule ne voyagerait pas plus d'une nanoseconde dans le passé. C'est pourquoi nous n'observons pas les choses se dérouler à l'envers, car cela nécessiterait un nombre incroyable de particules se déployant sur des échelles de temps beaucoup plus longues.

Référence :arXiv:1712.10057 | MIPT

L'expérience en quatre étapes

Les chercheurs ont analysé l'état d'un ordinateur quantique composé de 2 et 3 qubits (bits quantiques).

1. Commande : Initialement, chaque qubit est dans l'état fondamental, représentant zéro.
2. Dégradation : Lancez un « programme d'évolution » pour changer les états des qubits en uns et en zéros, ou les deux en même temps.
3. Inversion du temps : Un algorithme unique développé dans cette étude modifie l'ordinateur quantique de telle sorte qu'il se déplacerait alors dans le sens inverse, du chaos vers l'ordre.
4. Régénération : Lancez à nouveau le programme d'évolution pour rembobiner les états des qubits dans le passé.

Avec l'aimable autorisation des chercheurs 

L'ordinateur quantique à 2 qubits est revenu à son état initial dans 85 % des cas, tandis que les 3 qubits ont montré plus d'erreurs, ce qui a entraîné un taux de réussite de 50 %. Les erreurs se sont produites en raison des défauts de l'ordinateur quantique existant. À mesure que des techniques d'informatique quantique plus avancées sont développées, le taux d'erreur devrait diminuer considérablement.

Quelle est la prochaine étape ?

Cet algorithme d'inversion du temps pourrait être utilisé pour développer des ordinateurs quantiques plus précis. Dans un avenir proche, il pourrait être modifié pour tester les logiciels écrits pour les ordinateurs quantiques et réduire les erreurs et le bruit.

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Les schémas développés dans cette étude défilaient un par un à travers les composants d'état mais n'exploitaient pas le parallélisme quantique dans toute sa puissance. La question suivante est de savoir s'il est possible de développer un algorithme quantique qui effectuerait un retournement temporel plus efficacement que d'utiliser des portes élémentaires O(N).