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Les systèmes quantiques peuvent évoluer simultanément en avant et en arrière dans le temps

Principe de système quantique étendu aux flèches du temps
Hourglass on laptop computer

Depuis des siècles, les philosophes et les physiciens s’interrogent sur l’existence du temps. Pourtant, dans le monde classique, notre expérience semble dissiper tout doute quant à l’existence et au déroulement du temps. En effet, dans la nature, les processus ont tendance à évoluer spontanément d’états moins désordonnés vers des états plus désordonnés. Ainsi, on peut utiliser cette propension pour identifier une flèche du temps. En physique, ce phénomène est décrit en termes d’« entropie ». Il s’agit de la quantité physique définissant la quantité de désordre dans un système.

Le Dr Giulia Rubino, des Quantum Engineering Technology Labs (QET labs) de l’université de Bristol a déclaré :

« Si un phénomène produit une grande quantité d’entropie, l’observation de son renversement temporel est si improbable qu’elle devient essentiellement impossible. Cependant, il arrive que l’entropie produite soit suffisamment faible. Il existe donc une probabilité non négligeable de voir le renversement du temps d’un phénomène se produire naturellement.

« Nous pouvons prendre comme exemple la séquence des choses que nous faisons dans notre routine matinale. Si l’on nous montrait notre dentifrice passant de la brosse à dents à son tube, nous n’aurions aucun doute sur le fait qu’il s’agit d’un enregistrement de notre journée. En revanche, si nous pressions doucement le tube pour que seule une petite partie du dentifrice en sorte, il ne serait pas si improbable de l’observer rentrer à nouveau dans le tube, aspiré par la décompression du tube. »

Principe de système quantique étendu aux flèches du temps

Les auteurs de l’étude ont appliqué cette idée au domaine quantique. Un domaine dont l’une des particularités est le principe de superposition quantique. Selon ce principe, si deux états d’un système quantique sont tous deux possibles, alors ce système peut aussi se trouver dans les deux états en même temps.

« En étendant ce principe aux flèches du temps, il en résulte que les systèmes quantiques évoluant dans l’une ou l’autre direction temporelle peuvent aussi se retrouver à évoluer simultanément dans les deux directions temporelles.

Le Dr Gonzalo Manzano, co-auteur de l’Université des Baléares, a déclaré :

« Dans notre travail, nous avons quantifié l’entropie produite par un système évoluant en superposition quantique de processus avec des flèches temporelles opposées. Nous avons constaté qu’il en résulte le plus souvent une projection du système sur une direction du temps bien définie. Une projection qui correspondant au processus le plus probable des deux. Et pourtant, lorsque de petites quantités d’entropie sont impliquées, on peut alors observer physiquement les conséquences du système ayant évolué en même temps. »

Ainsi, ces travaux ont des implications pratiques en thermodynamique quantique. Placer un système quantique dans une superposition de flèches temporelles alternatives pourrait offrir des avantages. Des avantages notamment dans les performances des machines thermiques et des réfrigérateurs.

Le Dr Rubino a déclaré :

« Le temps est souvent traité comme un paramètre à croissance continue. Toutefois, notre étude montre que les lois qui régissent son écoulement dans des contextes de mécanique quantique sont beaucoup plus complexes. Cela peut suggérer que nous devons repenser la façon dont nous représentons cette quantité dans tous les contextes. Notamment des contextes où les lois quantiques jouent un rôle crucial. »

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