Les perspectives à long terme d’une informatique quantique fiable sont difficiles à surestimer. Leur potentiel à guérir des maladies, à créer des avancées matérielles indispensables et à résoudre même de gros problèmes comme le changement climatique n’est pas une simple vantardise technologique, c’est une réelle possibilité. Les cristaux temporels sont une forme de matière complètement nouvelle dans laquelle les particules se déplacent pour toujours et ne perdent pas d’énergie.
Une équipe de l’Université d’Oxford a réussi à mettre en réseau deux processeurs quantiques en utilisant la fibre optique et la téléportation quantique. Cette avancée pourrait aider à résoudre le «problème d’évolutivité» de l’informatique quantique, à savoir la difficulté d’augmenter le nombre de qubits dans un système sans augmenter le bruit.
Cette architecture distribuée ressemble à la structure générale des supercalculateurs classiques, mais grâce aux qubits, le système peut résoudre en quelques heures des problèmes qui prendraient des années aux supercalculateurs conventionnels.
Les perspectives à long terme d’une informatique quantique fiable sont difficiles à surestimer. Leur potentiel à guérir des maladies, à créer des avancées matérielles indispensables et à résoudre même de gros problèmes comme le changement climatique n’est pas une simple vantardise technologique, c’est une réelle possibilité. C’est pour cette promesse que les entreprises et les gouvernements investissent des milliards chaque année pour exploiter le potentiel de l’informatique basée sur les qubits. Cependant, de sérieux obstacles subsistent entre le présent et ce rêve lointain, et l’évolutivité reste l’ennemi numéro un.
En termes simples, les qubits sont incroyablement sensibles à leur environnement et nécessitent un contrôle extrêmement précis. Ces problèmes ne font qu’augmenter à mesure que davantage de qubits sont ajoutés au système et, à terme, les violations de la précision de l’informatique quantique, également appelées «bruit», finissent par conduire à des erreurs en cascade. C’est pourquoi l’ère actuelle de l’informatique quantique est largement connue sous le nom d’«ère de l’informatique quantique intermédiaire bruyante (NISQ)». Ces processeurs quantiques contiennent un maximum de 1 000 qubits et ne sont pas suffisamment tolérants aux pannes pour exploiter tout le potentiel de l’informatique quantique.
Alex Greilich/TU Dortmund
Bien entendu, les scientifiques disposent de plusieurs méthodes pour rendre les ordinateurs quantiques moins sujets aux erreurs, notamment une correction d’erreur robuste et un calcul tolérant aux pannes. Récemment, des scientifiques de l’Université d’Oxford ont réalisé une avancée majeure en augmentant le nombre de qubits dans un système quantique. L’idée est simple: au lieu de regrouper davantage de qubits dans un seul système, que se passerait-il si des processeurs quantiques plus petits pouvaient former un réseau distribué? Cela pourrait théoriquement permettre aux scientifiques d’augmenter le nombre de qubits tout en maintenant des niveaux de bruit bas.
Dans un nouvel article publié dans la revue Nature, les scientifiques détaillent comment ils ont connecté des modules contenant seulement un petit nombre de qubits ioniques piégés à l’aide de fibres optiques pour transmettre des photons. Ces connexions photoniques ont ensuite permis aux qubits de s’entremêler à travers des fibres optiques, permettant ainsi la réalisation de la logique quantique via la téléportation quantique.
«Les démonstrations précédentes de téléportation quantique se sont concentrées sur le transfert d’états quantiques entre des systèmes physiquement séparés», a déclaré Dougal Main, auteur principal de l’étude de l’Université d’Oxford, dans un communiqué de presse. «Dans nos recherches, nous utilisons la téléportation quantique pour créer des interactions entre ces systèmes distants. En ajustant soigneusement ces interactions, nous pouvons réaliser des portes logiques quantiques (les opérations fondamentales de l’informatique quantique) entre des qubits hébergés dans des ordinateurs quantiques distincts. Cette avancée nous permet de «relier» efficacement des processeurs quantiques individuels en un seul ordinateur quantique entièrement connecté.
Pour tester ce nouveau système, l’équipe a exécuté l’algorithme de recherche dit Grover, décrit pour la première fois par l’informaticien indo-américain Lov Grover en 1996. Cette recherche recherche un élément spécifique dans un grand ensemble de données non structuré en utilisant la superposition et l’obscurcissement en parallèle. L’algorithme de recherche présente également une accélération quadratique, ce qui signifie que l’ordinateur quantique peut résoudre le problème avec la racine carrée des données d’entrée, plutôt qu’une simple augmentation linéaire. Les auteurs rapportent que le système a atteint un taux de réussite de 71 pour cent.
Bien que le contrôle réussi d’un système distribué constitue un grand pas en avant pour l’informatique quantique, l’équipe réitère que les défis d’ingénierie restent de taille. Cependant, la connexion de processeurs quantiques à un réseau distribué à l’aide de la téléportation quantique fournit une petite lueur d’espoir au bout du long et sombre tunnel du développement de l’informatique quantique.
«La mise à l’échelle des ordinateurs quantiques reste un défi technique difficile qui nécessitera probablement de nouvelles connaissances physiques ainsi que des efforts d’ingénierie intensifs dans les années à venir», a déclaré David Lucas, chercheur principal de l’étude de l’Université d’Oxford, dans un communiqué de presse. «Notre expérience montre que le traitement distribué de l’information quantique est possible grâce aux technologies modernes.»
Pour que les ordinateurs quantiques atteignent leur plein potentiel, ils doivent être plus robustes, c’est-à-dire capables de réduire les erreurs et d’éviter la décohérence. Comme le décrit une nouvelle étude menée par des scientifiques chinois et américains, l’équipe a réussi à introduire la stabilité intrinsèque d’un cristal de temps topologique dans un ordinateur quantique, qui a ensuite montré des signes de fiabilité accrue.
Bien qu’une adoption plus généralisée des ordinateurs quantiques soit encore loin, cette étude montre que les systèmes de cristaux de temps quantique sont très prometteurs pour l’avenir de l’informatique quantique.
L’informatique quantique, comme la fusion nucléaire ou les supraconducteurs à température ambiante, semble toujours loin d’avoir un impact profond sur la vie humaine. Et même si cette lente progression peut paraître frustrante, il y a une raison pour laquelle ces concepts continuent d’être poursuivis sans relâche dans le monde entier. Un supraconducteur à température ambiante révolutionnera le réseau électrique, la fusion nucléaire apportera l’énergie du soleil sur Terre et l’informatique quantique peut résoudre des problèmes (même extrêmement complexes comme le changement climatique) que nous ne pourrions jamais résoudre avec l’informatique classique seule.
Mais, comme pour la fusion et les supraconducteurs, plusieurs défis restent à relever pour réaliser ce rêve de l’informatique quantique. Et le principal est le manque de stabilité. En raison de la science complexe qui sous-tend les ordinateurs quantiques, ces machines sont incroyablement sensibles au bruit et aux erreurs, qui conduisent finalement à la décohérence, la fin de l’état de superposition quantique qui rend les qubits si utiles.
Un cristal temporel est un état exotique de la matière qui combine la rigidité d’un cristal normal avec un rythme régulier dans le temps. Magazine Popular Mechanics
Ainsi, pour améliorer la stabilité, un groupe de scientifiques américains et chinois a utilisé la stabilité interne d’un autre système quantique connu sous le nom de cristal temporel. En transformant efficacement un ordinateur quantique en cristal temporel, les chercheurs ont pu créer des cristaux temporels topologiques qui peuvent durer plus longtemps que prévu. Les résultats ont été publiés dans la revue Nature Communications.
En plus d’être un nom idéal pour un élément de l’intrigue d’un film de science-fiction de série B, les cristaux temporels semblent également remettre en question notre compréhension habituelle de la physique. Découverts pour la première fois par le physicien Frank Wilczek en 2012 (une découverte qui lui a valu un prix Nobel), les cristaux temporels se comportent comme des structures cristallines standard, mais dans le temps. Alors qu’un cristal ordinaire (comme un diamant) se répète dans sa structure atomique, un cristal temporel se répète non pas dans la dimension physique, mais dans la dimension temporelle. C’est un tel concept parce que les cristaux temporels semblent contourner la célèbre deuxième loi de la thermodynamique.
Cette étude se concentre sur les cristaux de temps topologiques, le comportement d’un cristal de temps topologique est déterminé par la structure globale et non pas seulement par un seul atome ou une seule interaction. Comme le décrit ZME Science, si les cristaux de temps réguliers sont un fil dans une toile, alors un cristal de temps topologique est la toile entière, et même le changement d’un fil peut affecter la toile entière. Ce «réseau» de connexions est une caractéristique, pas un défaut, car il rend le cristal topologique plus résistant aux interférences – quelque chose que les ordinateurs quantiques pourraient certainement exploiter.
Dans cette expérience, les scientifiques ont essentiellement intégré ce comportement dans un ordinateur quantique, créant une précision qui a surpassé les expériences quantiques précédentes. Et même si tout cela s’est produit dans un régime pré-thermique, selon ZME Science, il s’agit néanmoins d’un grand pas en avant vers la création potentielle d’un ordinateur quantique plus stable qui pourrait enfin débloquer l’avenir qui semble toujours être à une décennie.
Début 2017, les scientifiques ont commencé à étudier un nouveau type de matière: les cristaux temporels. Les cristaux sont des structures dans lesquelles le motif des atomes ou des molécules se répète dans l’espace. Deux groupes de chercheurs ont découvert que des motifs répétitifs dans les cristaux peuvent persister dans le temps. Ces «cristaux temporels», détaillés dans un nouvel article de Physical Review Letter, représentent un tout nouveau type de matière qui ne pourra jamais atteindre l’équilibre.
Pour créer des cristaux temporels, des chercheurs de l’Université du Maryland ont enchaîné 10 atomes d’ytterbium et les ont frappés à plusieurs reprises avec deux lasers pour les maintenir hors d’équilibre. Bien que les atomes soient disposés dans un certain ordre, ils n’ont pas pu atteindre l’équilibre, ce qui signifie que les cristaux sont constamment en mouvement, bien qu’ils ne contiennent aucune énergie. Presque toute la physique est basée sur l’étude de la matière en équilibre, donc la capacité à créer ces cristaux hors d’équilibre est d’une grande importance pour l’avenir de la physique.
Des physiciens de l’Université du Maryland ont créé le premier cristal utilisant une chaîne unidimensionnelle d’ions ytterbium. Magazine Popular Mechanics
«C’est une nouvelle phase de la matière, point final, mais c’est aussi très cool parce que c’est l’un des premiers exemples de matière hors équilibre», a-t-il déclaré à EurekaAlert ! chercheur principal Norman Yao de l’Université de Californie à Berkeley.
L’idée des cristaux temporels – une forme de matière qui semble se déplacer même dans son état fondamental sans énergie – a été proposée pour la première fois par le physicien théoricien Frank Wilczek, lauréat du prix Nobel, en 2012. Normalement, si la matière est dans son état fondamental, le mouvement devrait être impossible car elle ne contient pas d’énergie.
Les chercheurs disent que les cristaux temporels ressemblent à de la gelée. Quand on tape sur la gelée, elle tremble. La seule différence est que les cristaux tremblent sans utiliser d’énergie, sans aucun contact. Par définition, les cristaux temporels ne peuvent jamais cesser d’osciller, quelle que soit la quantité d’énergie qu’ils contiennent.
En 2020, pour la première fois dans l’histoire, des scientifiques ont enregistré l’interaction des cristaux temporels. Les cristaux temporels sont une forme de matière complètement nouvelle dans laquelle les particules se déplacent pour toujours et ne perdent pas d’énergie. Les cristaux temporels en interaction ont transmis des magnons dans les deux sens et sont restés stables.
Pour la première fois, des scientifiques ont observé l’interaction d’une forme rare et mystérieuse de matière appelée cristaux de temps. À première vue, les cristaux ressemblent à des cristaux «ordinaires», mais ils ont un lien avec le temps qui intrigue et intrigue les scientifiques en raison de leur imprévisibilité. Les experts affirment désormais qu’ils pourraient trouver des applications dans l’informatique quantique.
Ce n’est que dans les années 2010 que les scientifiques ont commencé à théoriser sur l’existence de cristaux temporels, en faisant un état de la matière équivalent au soi-disant chocolat rubis. En 2015, les chercheurs avaient cartographié les différentes manières dont les cristaux temporels, collectivement appelés une «forme de matière hors équilibre», pourraient exister: «L’équipe a étudié ce qui se passe lorsque certains systèmes quantiques isolés, constitués d’un mélange de particules en interaction, sont exposés de manière répétée à un laser. Contrairement à la physique conventionnelle, qui prévoyait que le chaos éclaterait dès que les systèmes se réchaufferaient, les calculs de l’équipe de Princeton ont montré que dans certaines conditions, les particules se colleraient les unes aux autres, formant une phase de matière aux propriétés jusqu’alors inédites.
Les chercheurs affirment désormais avoir brisé deux cristaux temporels pour voir ce qui se passe ensuite. «Nos résultats montrent que les cristaux de temps obéissent à la dynamique générale de la mécanique quantique et offrent une base pour une étude plus approfondie des propriétés fondamentales de ces phases, ouvrant la voie à des applications possibles dans des domaines émergents tels que le traitement de l’information quantique», expliquent-ils dans le nouvel article.
Laboratoire. Université Aalto/Mikko Raskinen
Dans leurs expériences, ils ont placé deux cristaux temporels contenant des magnons superfluides et mixtes entre eux. Les magnons sont des quasiparticules magnétiques qui, dans ce cas, ont conduit à des «oscillations antiphasées», tandis que les cristaux eux-mêmes sont restés stables en phase. Ce qui est cool (et littéralement super cool), c’est la façon dont la matière agit de manière prévisible, en mécanique quantique, malgré la qualité centrale des modèles sauvages de fluctuations au fil du temps.
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«Personne n’a jamais observé deux cristaux temporels dans le même système auparavant, et encore moins les a vus interagir», a déclaré l’auteur principal Samuli Auti de l’Université de Lancaster dans un communiqué. «Les interactions contrôlées sont le premier souhait de quiconque souhaite utiliser un cristal temporel pour des applications pratiques telles que le traitement de l’information quantique.»
Sans cette découverte clé, les gens n’auraient probablement jamais pu envisager l’idée qu’un cristal temporel puisse faire partie d’un système conçu à cet effet.
Quelle est cette étrange vibration qui distingue ces cristaux? Il existe un mouvement interne qui semble violer l’une des lois fondamentales de la physique, à savoir que les particules en mouvement continuent de bouger et ne semblent jamais perdre d’énergie. D’où vient l’énergie initiale et pourquoi n’est-elle jamais dissipée? Dans un sens, étudier la façon dont les cristaux interagissent rend la question plus mystérieuse car cela réduit certains paramètres. Les cristaux se comportent normalement de certaines autres manières, ce qui signifie que quelle que soit la source d’énergie ou le phénomène, il reste un tout.
Début 2024, des scientifiques ont construit un cristal temporel qui durait 40 minutes. Les cristaux de temps sont un domaine relativement nouveau de la physique qui présente des propriétés remarquables: ils s’organisent selon des motifs répétitifs, comme des cristaux, mais dans le temps plutôt que dans l’espace.
Bien que les scientifiques aient créé de nombreux cristaux de temps discrets, un seul groupe a réussi à créer un cristal de temps continu, et seulement pour quelques millisecondes.
Des scientifiques de l’Université technique de Dortmund ont désormais créé un modèle qui a fonctionné 10 millions de fois plus longtemps, soit environ 40 minutes.
Alors que les atomes des cristaux ordinaires de tous les jours sont disposés selon un motif répétitif dans l’espace, les cristaux temporels sont également disposés selon un motif répétitif dans le temps – essentiellement, ce sont des cristaux qui existent dans une dimension au-delà de notre perception tridimensionnelle typique. «C’est une façon d’avoir le beurre et l’argent du beurre», a déclaré le lauréat américain du prix Nobel Frank Wilczek, qui a été le premier à concevoir les cristaux temporels en 2012.
Les cristaux temporels sont créés de la même manière que de nombreuses choses en physique avancée : en utilisant des atomes surfondus (c’est-à-dire des condensats de Bose-Einstein) et des lasers. Bien que cette nouvelle phase passionnante de la matière puisse avoir des applications révolutionnaires dans le monde de l’informatique quantique, elles ont tendance à ne pas durer longtemps. Par exemple, en 2022, des scientifiques de l’Université de Hambourg ont observé un cristal de temps continu, mais celui-ci ne durait que quelques millisecondes.
Des chercheurs de l’Université technique de Dortmund ont désormais créé un cristal de temps continu qui a duré 10 millions de fois plus longtemps, soit environ 40 minutes. Pour reprendre les propres mots de Wilczek, c’est beaucoup.
Pour créer ce cristal temporel, le physicien Alex Greulich de l’Université technique de Dortmund et son équipe ont créé un cristal d’arséniure d’indium et de gallium dopé au silicium (alias un semi-conducteur). Dans ce cristal, les spins nucléaires «agissent comme un réservoir pour un cristal temporel», selon un communiqué de presse universitaire. Après refroidissement à 6 Kelvin et exposition à un laser, un spin nucléaire se forme suite à l’interaction du laser avec des électrons faiblement retenus.
La polarisation du spin nucléaire crée alors des oscillations rappelant un cristal temporel. Et ce qui est étonnant, c’est que ces oscillations répétées ont duré 40 minutes, soit un ordre de grandeur plus long que n’importe quel cristal à temps continu ayant jamais existé auparavant. Les résultats de cette étude ont été publiés fin janvier 2024 dans la revue Nature.
Bien que 40 minutes constituent déjà un exploit, cela n’est peut-être que le début de la durée de vie des cristaux. Selon ScienceAlert, ce cristal n’a montré aucun signe de décomposition après 40 minutes, ce qui signifie que les cristaux du futur pourraient durer des heures, voire plus.
Ces cristaux peuvent-ils nous aider à voyager dans le temps? Pour avoir une idée de ce que sont les cristaux temporels, pensez aux flocons de neige ou aux rubis, des cristaux qui déforment de manière alléchante la symétrie spatiale. Contrairement à l’espace vide parfaitement symétrique, ces cristaux spatiaux ont des taches qui semblent différentes des autres taches, comme leurs bords. De la même manière, le cristal du temps viole la symétrie du temps: ses atomes aiment se trouver à différents points de l’espace à différents moments du temps, changeant de direction, comme s’ils étaient retournés par une force pulsatoire, écrit la publication Popular Mechanics.
De plus, les cristaux temporels peuvent se déplacer sans absorber d’énergie car ils sont constitués d’ions piégés – des mélanges de champs électriques ou magnétiques qui peuvent piéger des particules chargées, généralement dans un système isolé de l’environnement extérieur, avec la capacité de tourner sans relâche, même à leur point d’énergie le plus bas (le soi-disant état fondamental).
Vladimir Eltsov, physicien appliqué à l’université d’Aalto en Finlande, qui, avec le professeur Grigory Volovik et le doctorant Samuli Auti, a transformé un quasicristal temporel en un cristal temporel à part entière et superfluide en mai 2018, admire les vertus des cristaux temporels – même s’il ne croit pas (encore) en leur capacité à nous transformer tous en Doc Browns en herbe.
Le professeur Grigory Volovik (à gauche) et Vladimir Eltsov (à droite) discutent des cristaux temporels. Ils viennent de mesurer le signal du cristal temporel (visible sur l’écran de l’ordinateur derrière la main d’Eltsov). Magazine Popular Mechanics
Elstow préfère plutôt réfléchir à la manière dont les cristaux temporels pourraient nous faire progresser technologiquement. Par exemple, les cristaux temporels pourraient nous aider à créer des détecteurs de champ magnétique très sensibles ou des composants pour ordinateurs quantiques. Et la foi d’Elstow dans ces structures fascinantes est telle qu’il croit qu’elles peuvent devenir nos alliées pour résoudre les problèmes les plus théoriques et les plus intellectuels liés aux lois fondamentales régissant l’univers.
En 2012, le physicien théoricien du MIT et lauréat du prix Nobel Frank Wilczek a été le premier à proposer que la périodicité (la propriété d’apparaître dans l’espace à des intervalles ordonnés) des cristaux est également une question de temps; Wilczek a imaginé le système dans son état d’énergie le plus bas, capable de se figer dans l’espace, comme un cristal ordinaire. Mais dans un moment de vive émotion, Patrick Bruno, de l’Installation européenne de rayonnement synchrotron de Grenoble, en France, puis quelques instants plus tard Haruki Watanabe, de l’Université de Californie à Berkeley, et Masaki Oshikawa, de l’Université de Tokyo, ont qualifié la proposition de Wilczek d’irréalisable.
«Où sur Terre un système dans son état fondamental peut-il trouver l’énergie nécessaire pour produire un mouvement périodique?» — ils ont aboyé. Selon Watanabe et Oshikawa, seul un système perturbé par son état d’équilibre (son état stable) par une force motrice peut permettre d’obtenir un comportement cristallin périodique. C’est tout. La communauté scientifique a rapidement relancé le concept de «systèmes Floquet» ou systèmes quantiques dans lesquels un certain type de force motrice confère au système une périodicité (initialement comprise et calculée mathématiquement au 19e siècle par le mathématicien Gaston Floquet).
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En 2015, le physicien théoricien Shivaji Sondhi et ses collègues de l’Université de Princeton ont publié un article décrivant les bases théoriques de l’existence potentielle des cristaux temporels. «À ce moment-là, nous n’avions pas spécifiquement en tête les cristaux temporels, mais plutôt les états de non-équilibre de la matière», explique Vedika Khemani, alors membre de l’équipe pionnière de Princeton et aujourd’hui physicienne de la matière condensée à l’université de Stanford. L’équipe a étudié ce qui se passe lorsque certains systèmes quantiques isolés, constitués d’un mélange de particules en interaction, sont exposés de manière répétée à un laser.
Imaginez un pendule. Un pendule normal qui n’est pas alimenté par une batterie ou un autre générateur finira par succomber au frottement et ralentir. Même dans un pendule «idéalisé» placé dans un environnement sans frottement – un vide – les interactions entre les nombreuses particules qui composent le pendule créeront des contraintes internes et rendront à nouveau le pendule inerte. Un pendule encore plus idéalisé, composé d’une seule particule, serait capable de se déplacer d’avant en arrière pour toujours, mais ce n’est pas un cristal temporel unique. En revanche, le pendule de l’équipe de Princeton était un pendule dans lequel de nombreuses particules pouvaient continuer à pulser indéfiniment, sans nécessiter un apport constant d’énergie. C’était un état de la matière complètement nouveau.
Bientôt, deux groupes d’expérimentateurs ont commencé à tenter de construire des cristaux temporels en laboratoire. Le premier, de l’Université de Harvard (où Hemani était également boursier), a expérimenté la création d’un réseau artificiel en diamant synthétique. Le second, de l’Université du Maryland, utilisait une chaîne de particules chargées appelées «ions ytterbium».
Les universités prestigieuses comme Princeton, Harvard et l’Université de Californie à Berkeley ne sont pas les seules institutions à se lancer à corps perdu dans la recherche sur les cristaux temporels. Même l’armée américaine a consacré des ressources importantes à la découverte des qualités mystérieuses de ces structures conceptuellement étonnantes.
Donc, si la recherche sur les cristaux temporels ne montre aucun signe d’épuisement, peut-être pourraient-ils finalement autoriser les voyages dans le temps?
«Non», répond Khemani sans détour. «C’est une phase de la matière complètement nouvelle, vraiment spéciale, vraiment exotique. Mais c’est tout. » Et son point de vue est unanimement partagé par tous les scientifiques que nous avons interrogés, y compris Steven Haller, un physicien de l’Université Fordham qui expérimente avec des cristaux dans des systèmes optiques.
«Les cristaux temporels pourraient plutôt être utilisés comme mémoires quantiques», explique Holler. La communication quantique, la transmission d’informations à l’aide de bits quantiques, pourrait nous fournir un moyen très sécurisé de transmettre des informations d’un endroit à un autre, ce qui pourrait être très utile, par exemple, pour le secteur bancaire ou la sécurité nationale. Il semble que la force extrême des cristaux temporels dans des circonstances qui seraient autrement impossibles puisse également détenir le secret de la cohérence dans l’informatique quantique, fait écho à Eltsov.
Il faudra toutefois attendre au moins cinq ans avant que les systèmes de communication quantique arrivent sur le marché et commencent à pénétrer nos systèmes commerciaux, explique Holler. Pendant ce temps, les scientifiques comme Hemani restent prudents quant à toute la conversation autour de la communication quantique.
Mais est-ce vraiment si mal – et au-delà du domaine du possible scientifique – que nous voulions encore déformer le temps autrement qu’au moyen de cristaux temporels?
Voici la bonne nouvelle: «Le voyage dans le temps ne peut pas être exclu en principe», déclare Eltsov.
Voici maintenant une nouvelle légèrement décevante: «Mais pour comprendre cela, il faudrait d’énormes densités d’énergie que nous ne pouvons pas obtenir en laboratoire maintenant ou dans un avenir prévisible.»
Pensez au Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire. Le LHC, l’accélérateur de particules le plus grand et le plus puissant du monde, pèse plus de 38 000 tonnes, parcourt 27 kilomètres dans un tunnel souterrain, avec des particules guidées par des aimants supraconducteurs titanesques tournant follement autour de lui à 11 000 tours par seconde, et coûte environ 4,8 milliards de dollars. C’est vraiment, vraiment énorme — et nous avons encore besoin d’ordres de grandeur pour commencer à étudier le voyage dans le temps, dit Holler. Nous ne sommes tout simplement pas prêts.
«C’est complètement irréalisable avec la technologie actuelle», déclare Kurt von Keyserlingk, physicien théoricien à l’Université de Birmingham qui a mené des travaux théoriques supplémentaires avec Khemani et Szondi sur les cristaux temporels en 2016. «Mais cela ne veut pas dire que c’est impossible», ajoute-t-il rapidement, nous incitant à examiner les travaux du physicien Kip S. Thorne.
En 2017, Thorne a reçu le prix Nobel de physique avec Rainer Weiss et Barry K. Barish pour la première détection d’une onde gravitationnelle. Thorne est surtout connu dans le monde impitoyable de la physique comme un créateur d’idées proches de la science-fiction. C’est lui qui a conseillé au cosmologiste et écrivain Carl Sagan d’utiliser un hypothétique trou de ver traversable reliant deux périodes temporelles pour transporter Jodie Foster à travers l’univers dans Contact, le film de 1997 basé sur le roman de Sagan de 1985. Il a également aidé à créer le trou noir pour Interstellar et a déclaré que les trous de ver pourraient être utilisés pour les voyages dans l’espace et dans le temps.
Une étudiante de l’Université Fordham (Jeda Mackayla Mendoza) ajuste un laser dans un laboratoire. «Il n’y a pas de cristaux (de temps ou quoi que ce soit) dans cette image, et nous utilisons uniquement des cristaux comme moyen de modifier la longueur d’onde de la source lumineuse, mais les lasers sont toujours froids», explique Stephen Holler, physicien à Fordham. Magazine Popular Mechanics
Thorne a proposé des explications à plusieurs énigmes logiques concernant le voyage dans le temps, notamment le paradoxe de remonter le temps à travers un trou de ver et de tuer accidentellement son grand-père, se tuant ainsi lui-même. (Comment pouvez-vous exister si votre père n’existe pas parce que le sperme responsable de sa conception a été détruit… par vous?) En 1991, Thorne a fait quelques calculs et a découvert que de tels paradoxes ne peuvent pas survenir, mais sont plutôt remplacés par un nombre infini d’autres résultats potentiels. (Vous pouvez remonter le temps et vous en prendre à votre grand-père autant que vous le souhaitez, mais il n’y a aucun moyen de le tuer, sinon vous n’auriez pas existé pour le tuer en premier lieu.)
Il y a ensuite l’hypothèse des mondes multiples, qui pourrait résoudre certaines des implications du retour en arrière et de la modification du futur. Cette hypothèse suggère que nous vivons dans une quasi-infinité d’univers qui ont les mêmes lois et valeurs physiques, mais qui existent dans des états différents et sont organisés de telle manière qu’aucune information ne peut être transférée entre eux. Essentiellement, à chaque décision que nous prenons, l’univers se divise en plusieurs réalités, et nous sommes complètement inconscients des scénarios alternatifs que vivent nos copies exactes dans d’autres univers.
«Résoudre les problèmes les plus difficiles de la physique nécessite d’abandonner bon nombre de nos idées reçues… Selon la théorie du multivers, le voyage dans le temps nous mènerait vers l’un de ces autres univers. Il ne s’agirait donc pas nécessairement d’un chemin linéaire aller-retour pour nous, mais d’une transition entre des univers», explique Holler. «Je n’y crois pas totalement, mais il y a beaucoup de gens intelligents qui y travaillent et ils semblent penser que c’est très, très faisable», poursuit-il.
Mais la théorie incroyablement attrayante du multivers n’a aucune preuve sous forme de calculs fiables, explique von Keyserlingk. Pour lui, le problème avec l’interprétation des mondes multiples et le voyage dans le temps n’est pas qu’ils sont nécessairement de la fiction, mais que nous manquons actuellement d’outils mathématiques et même d’idées philosophiques pour discuter de ces choses. Ils se situent à l’extrémité la plus théorique de la physique, dit-il: des choses sur lesquelles nous ne pouvons que spéculer, tandis que la science n’est au mieux qu’une «conjecture éclairée».
«Il arrive parfois que la nature nous pose des questions que personne n’a encore résolues», explique von Keyserlingk. «L’un des problèmes est que nous avons une idée assez fixe de ce que sont l’espace et le temps. «Résoudre les problèmes les plus difficiles de la physique nécessite d’abandonner bon nombre de nos idées reçues.»
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