Des chercheurs démontrent comment construire des capteurs quantiques « voyageant dans le temps »

L’idée du voyage dans le temps éblouit les amateurs de science-fiction depuis des années. La science nous dit que voyager dans le futur est techniquement possible, du moins si vous êtes prêt à vous déplacer à une vitesse proche de celle de la lumière, mais remonter dans le temps est impossible. Mais que se passerait-il si les scientifiques pouvaient exploiter les avantages de la physique quantique pour découvrir des données sur des systèmes complexes qui se sont produits dans le passé ?

De nouvelles recherches indiquent que cette prémisse n’est peut-être pas si farfelue. Dans un article publié le 27 juin 2024 dans Lettres d’examen physiqueKater Murch, professeur de physique Charles M. Hohenberg et directrice du Centre des sauts quantiques de l’Université de Washington à Saint-Louis, et ses collègues Nicole Yunger Halpern du NIST et David Arvidsson-Shukur de l’Université de Cambridge démontrent un nouveau type de capteur quantique qui exploite l’intrication quantique pour fabriquer des détecteurs voyageant dans le temps.

Murch décrit ce concept comme un moyen de remonter le temps avec un télescope pour capturer une étoile filante que vous avez vue du coin de l’œil. Dans le monde de tous les jours, cette idée n’a aucun sens. Mais dans le monde mystérieux et énigmatique de la physique quantique, il existe peut-être un moyen de contourner les règles. Cela est possible grâce à une propriété des capteurs quantiques intriqués que Murch appelle « vision rétrospective ».

Le processus commence par l’intrication de deux particules quantiques dans un état singulet quantique, autrement dit de deux qubits de spin opposé, de sorte que quelle que soit la direction considérée, les spins pointent dans des directions opposées. À partir de là, l’un des qubits, la « sonde », comme l’appelle Murch, est soumis à un champ magnétique qui le fait tourner.

L’étape suivante est celle où la magie proverbiale se produit. Lorsque le qubit auxiliaire (celui qui n’est pas utilisé comme sonde dans l’expérience) est mesuré, les propriétés d’intrication renvoient effectivement son état quantique (c’est-à-dire son spin) « dans le temps » à l’autre qubit de la paire. Cela nous ramène à la deuxième étape du processus, où le champ magnétique a fait tourner le « qubit sonde », et c’est là que le véritable avantage de la rétrospection entre en jeu.

Dans les conditions habituelles de ce type d’expérience, où la rotation d’un spin est utilisée pour mesurer la taille d’un champ magnétique, il y a une chance sur trois que la mesure échoue. En effet, lorsque le champ magnétique interagit avec le qubit le long de l’axe x, y ou z, s’il est parallèle ou antiparallèle à la direction du spin, les résultats seront annulés : il n’y aura pas de rotation à mesurer.

Dans des conditions normales, lorsque le champ magnétique est inconnu, les scientifiques devraient deviner dans quelle direction préparer la rotation, ce qui entraînerait une probabilité d’échec d’un tiers. L’avantage de la rétrospection est qu’elle permet aux expérimentateurs de déterminer la meilleure direction pour la rotation, avec le recul, grâce au voyage dans le temps.

Einstein a un jour décrit l’intrication quantique comme une « action fantasmagorique à distance ». L’aspect le plus effrayant de l’intrication est peut-être que nous pouvons considérer les paires de particules intriquées comme étant la même particule, se déplaçant à la fois vers l’avant et vers l’arrière dans le temps.

Cela donne aux scientifiques quantiques de nouvelles façons créatives de construire de meilleurs capteurs, en particulier ceux qui peuvent être envoyés dans le passé. Il existe un certain nombre d’applications potentielles pour ce type de capteurs, de la détection de phénomènes astronomiques à l’avantage susmentionné obtenu dans l’étude des champs magnétiques, et d’autres seront sûrement mises au point à mesure que le concept sera développé.