La causalité quantique existe-t-elle ?
Ou plus exactement, est-elle la même que celle que
nous connaissons dans notre monde macroscopique ?
Voire, si la cause précède la conséquence (sur la flèche du temps, celle qui va du passé vers le futur en passant par le moment présent… qui reste fluide et insaisissable à bien des égards), l’ordre des événements disparait-il à très petite échelle ?
Question intéressante, n’est-ce pas et nous l’avons déjà entre-aperçu dans ces colonnes.
D’autant que dans « mon monde » de romancier, vous le savez bien, c’est le futur qui tient entre ses griffes notre présent qui reste son passé… forcément lointains tous les deux, loin l’un de l’autre !
Car c’est le futur qui a besoin d’une évolution historique, et d’une seule, qui doit aboutir à la découverte de la technologie qui maîtrise la flèche du temps !
Passionnant…
— En attendant, depuis un peu plus d’une décennie, des
physiciens étudient les étranges phénomènes du monde quantique. À très petite
échelle, il se pourrait ainsi que l’ordre temporel entre différents événements
ne soit pas toujours bien défini.
Rappelons avant tout que la physique quantique décrit le monde microscopique avec une précision impressionnante : Ses prédictions n’ont encore jamais été contredites par les expériences.
Mais elle est aussi réputée pour ses étrangetés.
En effet, les objets microscopiques se comportent de
manière contre-intuitive.
Premièrement, leurs propriétés (telles que leur position et vitesse) ne peuvent parfois prendre que certaines valeurs bien précises. Pour faire une analogie avec notre monde macroscopique, tout se passe comme si, quand nous nous déplaçons sur une ligne droite, nous ne pouvions nous déplacer que par « sauts » instantanés d’un mètre, sans jamais pouvoir avoir de position intermédiaire.
Ensuite, deux entités semblent pouvoir s’influencer à très grande distance, à des vitesses supérieures à celles de la lumière.
Enfin, certains objets ont des propriétés (telles que leur positon, ou leur vitesse) qui se trouvent dans des « superpositions quantiques » de plusieurs valeurs à la fois, c’est-à-dire qu’il est là sans y être parce qu’il est aussi ailleurs ou nulle part.
Et cette dernière décennie a vu émerger de nouvelles
découvertes qui font monter la complexité du problème d’un cran supplémentaire.
Des travaux de physiciens dispersés aux quatre coins du monde indiquent que
lorsque deux événements se produisent dans le monde quantique, l’ordre temporel
entre ces événements est parfois indéfini.
À notre échelle, il est toujours possible de dire si une personne a d’abord roté avant de s’excuser, ou (rarement) l’inverse. La physique quantique semble indiquer qu’à très petite échelle, il se pourrait parfois qu’aucune de ces deux possibilités ne soit la bonne.
Or, l’ordre temporel entre différents événements est fortement lié aux relations de causalité. En effet, une cause doit en principe toujours précéder son effet. Ainsi, si l’ordre temporel entre différents événements est indéfini, il pourrait en être de même pour leur ordre causal.
Question : Comment « faire sens » d’un monde dans lequel les choses ne se dérouleraient pas dans un ordre bien défini ?
Cette question est un défi lancé aux philosophes des sciences.
D’audacieuses réponses seront sans doute proposées, et il nous faudra peut-être accepter une remise en question profonde de notre vision du monde physique.
Personnellement, j’en reste à « ma solution » de romancier : Plus simple.
Nous pouvons ainsi observer les ordres causaux
indéfinis en laboratoire, par exemple grâce au « quantum switch », un
agencement expérimental très particulier ayant été réalisé à diverses reprises.
Deux expérimentateurs y performent chacun une opération sur une même particule de lumière, appelée photon. Ces manipulations consistent, par exemple, à modifier une propriété de ce photon, que l’on appelle « mode spatial ». L’ordre entre les deux opérations est déterminé, non pas par les scientifiques eux-mêmes, mais par la valeur d’une autre propriété du photon, appelée « polarisation ».
Lorsque la polarisation du photon est dans une « superposition quantique » de deux valeurs distinctes, et après qu’un troisième expérimentateur ait mesuré cette polarisation à la fin de l’expérience, concrètement, l’ensemble de cet arrangement expérimental ne peut être décrit ni par le scénario où la particule a d’abord été manipulée par le premier expérimentateur avant d’être envoyée chez le second, ni par le scénario inverse…
Ce qu’on a du mal à expliquer…
Et ces recherches intrigantes n’en sont encore qu’à
leurs débuts. Elles doivent permettre d’étudier le comportement des relations
temporelles ou causales à très petite échelle, dans le monde quantique. Car il
est important de pouvoir donner du sens à l’absence d’ordre temporel ou causal
entre événements.
En effet, l'ordre des événements à travers le temps (et l’espace) forme le socle sur lequel l’humain construit sa compréhension de toute chose.
Par exemple, lorsqu’un objet se brise après une chute, nous l’expliquons par son impact avec le sol, après qu’il ait suivi une trajectoire bien précise qu’on peut calculer et modéliser dans les airs.
Pareillement, l’histoire de l’humanité se raconte en déroulant une succession continue de faits qui se sont produits à divers endroits du monde, à des moments bien précis.
Alors, afin de conserver nos modes de raisonnements
classiques, il nous faut donc comprendre ce que deviennent les notions de temps
et d’espace dans le monde quantique. Et il faut également « faire sens »
de leur éventuelle absence !
Pour répondre à ces questions, certains philosophes et physiciens envisagent par exemple que le futur puisse influencer le passé.
J’en suis, sans être ni philosophe ni physicien, juste comme une hypothèse d’auteur de roman !
D’autres contemplent l’idée que le temps et l’espace ne puissent être que le « produit dérivé » de phénomènes plus fondamentaux, dont la nature est encore à saisir.
Il faudrait déjà les identifier avant d’en comprendre les mécanismes…
Mais au-delà, la découverte du « quantum switch »
et des ordres causaux indéfinis pourrait bien se révéler utile dans le domaine
de l’informatique quantique, et pour le développement de futurs « ordinateurs
quantiques » d’un nouveau genre.
Notez que le « genre » d’ordinateurs quantiques actuellement en développement n’est toujours pas opérationnel (ils font trop d’erreurs qu’il faut trop d’erreurs qu’il faut corriger en permanence)… que déjà on imagine la génération suivante !!!
En effet, l’existence de ces phénomènes pourrait être exploitée afin de réaliser de nouvelles tâches. Ils pourraient aussi permettre d’exécuter certains calculs plus efficacement qu’avec des ordinateurs quantiques plus standard.
— Ceci dit, grâce aux fonds dédiés à la recherche et à
des simulations très précises, des chercheurs des universités de Vienne et de
Chine ont récemment réussi à observer en détail comment deux électrons se lient
« quantiquement » en quelques attosecondes seulement, une échelle de
temps ultra-courte où l’intrication entre les particules apparaît.
Cette intrication quantique crée une connexion si intime entre deux particules qu’elles ne peuvent plus être décrites séparément. Et là, il y a encore « un avant » et « un après », mais la transition de phase est particulièrement courte.
Rappelons une fois de plus que ce phénomène d’intrication est essentiel pour des technologies comme les ordinateurs et la cryptographie quantiques.
Dans cette étude, l’objectif des chercheurs était de comprendre comment cette intrication se crée dès les premières fractions de seconde, en observant des interactions entre un laser et des atomes.
Pour mener cette recherche, les scientifiques ont
utilisé un laser de très haute fréquence pour arracher un électron de l’atome d’hélium,
un processus qui peut en exciter un second.
Celui-ci reste alors attaché au noyau, mais dans un état énergétique différent.
Ce phénomène crée un lien entre les deux électrons : Ils sont désormais intriqués, ce qui signifie qu’en étudiant l’un d’eux, on peut en déduire des informations sur l’autre.
Ces « trouveurs-là » ont ainsi pu montrer que le « moment de naissance » de l’électron éjecté, c’est-à-dire l’instant où il quitte l’atome sous l’impulsion du laser, est intimement lié à l’état de l’électron resté dans l’atome.
En termes quantiques, ce moment n’a pourtant pas d’existence : Il est une superposition de plusieurs instants possibles !
Cette superposition indique que le moment où l’électron
quitte l’atome dépend de l’énergie de l’électron resté. Si celui-ci est dans un
état d’énergie plus élevée, il est probable que l’électron ait été éjecté plus
tôt. À l’inverse, une énergie plus basse suggère un départ plus tardif, en
moyenne de l’ordre de 232 attosecondes, soit un milliardième de milliardième de
seconde…
Ce délai est incroyablement court, mais il permet aux chercheurs de mesurer avec précision le lien qui se forme entre les deux électrons lors de leur séparation.
Cet aspect temporel est essentiel : L’éjection de l’électron se fait progressivement, sous forme d’une onde qui « s’écoule » hors de l'atome, et c’est dans cette phase que l’intrication entre les électrons se produit.
Il y a donc « un avant », « un pendant », et « un après » : Tout va bien !
Les « trouveurs » espèrent désormais
reproduire ces observations en laboratoire avec d’autres équipes pour valider
ce modèle. Ces travaux permettent d’explorer de nouvelles frontières de la
physique quantique, où les phénomènes que l’on croyait instantanés se révèlent
en réalité bien plus complexes et structurés.
— Pour prolonger notre « point d’étape » sur
ces avancées… quantiques, vous le savez déjà probablement, le but des « chercheurs »
est de développer des modèles capables d'unifier les deux échelles, macroscopique
et quantique. Et l’un des outils
centraux dans cette quête est la correspondance AdS/CFT : Elle relie les
théories gravitationnelles dans un espace courbé à des théories quantiques plus
simples.
L'espace AdS, ou Anti-de-Sitter, possède en réalité une géométrie particulière. Il est associé à une théorie quantique appelée « CFT », dont les propriétés sont invariantes à toutes les échelles spatiales. Cette correspondance simplifie donc les processus gravitationnels complexes en les comparant à des modèles mathématiques plus accessibles.
L’idée principale de cette théorie est qu’il existe
une relation entre ce qui se passe à l’intérieur d’un espace-temps courbé
(comme celui que l’on trouve près d’un trou noir) et ce qui se passe à l’extérieur
de cet espace.
Cette relation est semblable à un hologramme : Tout comme une image en 3D peut être créée à partir d’une surface en 2D, des phénomènes complexes à l’intérieur de l’espace-temps peuvent être décrits par des équations plus simples.
Pour tester cette théorie en laboratoire, une équipe
de Würzburg a conçu un circuit électrique spécial. Ce circuit fonctionne comme
un modèle miniature de l’espace-temps. En disposant les composants électriques
de façon précise, ils peuvent imiter la courbure de l’espace-temps et observer
comment des signaux électriques se comportent dans ce système courbé.
Ce type de simulation leur permet de tester comment la gravité pourrait fonctionner dans des environnements extrêmes comme près des trous noirs, mais en laboratoire.
Mais ce n’est pas seulement qu’une expérimentation de
laboratoire. Ce type de circuit pourrait avoir des applications concrètes :
En imitant la courbure de l’espace, il s’avère que ces circuits pourraient
stabiliser les signaux électriques qui y circulent.
Cela signifie que les signaux seraient plus robustes et moins sujets à des pertes ou des perturbations.
Et cette stabilité pourrait, pense-t-on, être très utile dans des technologies qui demandent des signaux fiables, comme les réseaux neuronaux artificiels ou d’autres systèmes basés sur l’intelligence artificielle.
Ainsi, dans son appel à fonds nouveaux, l’équipe prévoit d’approfondir ces recherches pour mieux comprendre la gravité et concomitamment explorer les potentiels technologiques associés.
On ne sait jamais : Ça peut appâter quelques « frileux », distributeurs de l’argent public sous forme de subvention…
Bref, une quête « de sens » en tous sens,
qui demande toujours plus d’efforts aux financeurs : Personnellement, j’admire
et ça valait la peine d’en faire un « petit point » d’étape (même s’il
n’est que provisoire…).
Pas vous ?
Pour mémoire (n’en
déplaise à « Poux-tine ») : « LE PRÉSENT BILLET A ENCORE ÉTÉ RÉDIGÉ PAR UNE
PERSONNE « NON RUSSE » ET MIS EN LIGNE PAR UN MÉDIA DE MASSE « NON RUSSE »,
REMPLISSANT DONC LES FONCTIONS D’UN AGENT « NON RUSSE » !
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
Parrainez Renommez la rue de l'ambassade de Russie à Paris en rue Alexeï Navalny (change.org)
Voire, si la cause précède la conséquence (sur la flèche du temps, celle qui va du passé vers le futur en passant par le moment présent… qui reste fluide et insaisissable à bien des égards), l’ordre des événements disparait-il à très petite échelle ?
Question intéressante, n’est-ce pas et nous l’avons déjà entre-aperçu dans ces colonnes.
D’autant que dans « mon monde » de romancier, vous le savez bien, c’est le futur qui tient entre ses griffes notre présent qui reste son passé… forcément lointains tous les deux, loin l’un de l’autre !
Car c’est le futur qui a besoin d’une évolution historique, et d’une seule, qui doit aboutir à la découverte de la technologie qui maîtrise la flèche du temps !
Passionnant…
Rappelons avant tout que la physique quantique décrit le monde microscopique avec une précision impressionnante : Ses prédictions n’ont encore jamais été contredites par les expériences.
Mais elle est aussi réputée pour ses étrangetés.
Premièrement, leurs propriétés (telles que leur position et vitesse) ne peuvent parfois prendre que certaines valeurs bien précises. Pour faire une analogie avec notre monde macroscopique, tout se passe comme si, quand nous nous déplaçons sur une ligne droite, nous ne pouvions nous déplacer que par « sauts » instantanés d’un mètre, sans jamais pouvoir avoir de position intermédiaire.
Ensuite, deux entités semblent pouvoir s’influencer à très grande distance, à des vitesses supérieures à celles de la lumière.
Enfin, certains objets ont des propriétés (telles que leur positon, ou leur vitesse) qui se trouvent dans des « superpositions quantiques » de plusieurs valeurs à la fois, c’est-à-dire qu’il est là sans y être parce qu’il est aussi ailleurs ou nulle part.
À notre échelle, il est toujours possible de dire si une personne a d’abord roté avant de s’excuser, ou (rarement) l’inverse. La physique quantique semble indiquer qu’à très petite échelle, il se pourrait parfois qu’aucune de ces deux possibilités ne soit la bonne.
Or, l’ordre temporel entre différents événements est fortement lié aux relations de causalité. En effet, une cause doit en principe toujours précéder son effet. Ainsi, si l’ordre temporel entre différents événements est indéfini, il pourrait en être de même pour leur ordre causal.
Question : Comment « faire sens » d’un monde dans lequel les choses ne se dérouleraient pas dans un ordre bien défini ?
Cette question est un défi lancé aux philosophes des sciences.
D’audacieuses réponses seront sans doute proposées, et il nous faudra peut-être accepter une remise en question profonde de notre vision du monde physique.
Personnellement, j’en reste à « ma solution » de romancier : Plus simple.
Deux expérimentateurs y performent chacun une opération sur une même particule de lumière, appelée photon. Ces manipulations consistent, par exemple, à modifier une propriété de ce photon, que l’on appelle « mode spatial ». L’ordre entre les deux opérations est déterminé, non pas par les scientifiques eux-mêmes, mais par la valeur d’une autre propriété du photon, appelée « polarisation ».
Lorsque la polarisation du photon est dans une « superposition quantique » de deux valeurs distinctes, et après qu’un troisième expérimentateur ait mesuré cette polarisation à la fin de l’expérience, concrètement, l’ensemble de cet arrangement expérimental ne peut être décrit ni par le scénario où la particule a d’abord été manipulée par le premier expérimentateur avant d’être envoyée chez le second, ni par le scénario inverse…
Ce qu’on a du mal à expliquer…
En effet, l'ordre des événements à travers le temps (et l’espace) forme le socle sur lequel l’humain construit sa compréhension de toute chose.
Par exemple, lorsqu’un objet se brise après une chute, nous l’expliquons par son impact avec le sol, après qu’il ait suivi une trajectoire bien précise qu’on peut calculer et modéliser dans les airs.
Pareillement, l’histoire de l’humanité se raconte en déroulant une succession continue de faits qui se sont produits à divers endroits du monde, à des moments bien précis.
Pour répondre à ces questions, certains philosophes et physiciens envisagent par exemple que le futur puisse influencer le passé.
J’en suis, sans être ni philosophe ni physicien, juste comme une hypothèse d’auteur de roman !
D’autres contemplent l’idée que le temps et l’espace ne puissent être que le « produit dérivé » de phénomènes plus fondamentaux, dont la nature est encore à saisir.
Il faudrait déjà les identifier avant d’en comprendre les mécanismes…
Notez que le « genre » d’ordinateurs quantiques actuellement en développement n’est toujours pas opérationnel (ils font trop d’erreurs qu’il faut trop d’erreurs qu’il faut corriger en permanence)… que déjà on imagine la génération suivante !!!
En effet, l’existence de ces phénomènes pourrait être exploitée afin de réaliser de nouvelles tâches. Ils pourraient aussi permettre d’exécuter certains calculs plus efficacement qu’avec des ordinateurs quantiques plus standard.
Cette intrication quantique crée une connexion si intime entre deux particules qu’elles ne peuvent plus être décrites séparément. Et là, il y a encore « un avant » et « un après », mais la transition de phase est particulièrement courte.
Rappelons une fois de plus que ce phénomène d’intrication est essentiel pour des technologies comme les ordinateurs et la cryptographie quantiques.
Dans cette étude, l’objectif des chercheurs était de comprendre comment cette intrication se crée dès les premières fractions de seconde, en observant des interactions entre un laser et des atomes.
Celui-ci reste alors attaché au noyau, mais dans un état énergétique différent.
Ce phénomène crée un lien entre les deux électrons : Ils sont désormais intriqués, ce qui signifie qu’en étudiant l’un d’eux, on peut en déduire des informations sur l’autre.
Ces « trouveurs-là » ont ainsi pu montrer que le « moment de naissance » de l’électron éjecté, c’est-à-dire l’instant où il quitte l’atome sous l’impulsion du laser, est intimement lié à l’état de l’électron resté dans l’atome.
En termes quantiques, ce moment n’a pourtant pas d’existence : Il est une superposition de plusieurs instants possibles !
Ce délai est incroyablement court, mais il permet aux chercheurs de mesurer avec précision le lien qui se forme entre les deux électrons lors de leur séparation.
Cet aspect temporel est essentiel : L’éjection de l’électron se fait progressivement, sous forme d’une onde qui « s’écoule » hors de l'atome, et c’est dans cette phase que l’intrication entre les électrons se produit.
Il y a donc « un avant », « un pendant », et « un après » : Tout va bien !
L'espace AdS, ou Anti-de-Sitter, possède en réalité une géométrie particulière. Il est associé à une théorie quantique appelée « CFT », dont les propriétés sont invariantes à toutes les échelles spatiales. Cette correspondance simplifie donc les processus gravitationnels complexes en les comparant à des modèles mathématiques plus accessibles.
Cette relation est semblable à un hologramme : Tout comme une image en 3D peut être créée à partir d’une surface en 2D, des phénomènes complexes à l’intérieur de l’espace-temps peuvent être décrits par des équations plus simples.
Ce type de simulation leur permet de tester comment la gravité pourrait fonctionner dans des environnements extrêmes comme près des trous noirs, mais en laboratoire.
Cela signifie que les signaux seraient plus robustes et moins sujets à des pertes ou des perturbations.
Et cette stabilité pourrait, pense-t-on, être très utile dans des technologies qui demandent des signaux fiables, comme les réseaux neuronaux artificiels ou d’autres systèmes basés sur l’intelligence artificielle.
Ainsi, dans son appel à fonds nouveaux, l’équipe prévoit d’approfondir ces recherches pour mieux comprendre la gravité et concomitamment explorer les potentiels technologiques associés.
On ne sait jamais : Ça peut appâter quelques « frileux », distributeurs de l’argent public sous forme de subvention…
Pas vous ?
Post-scriptum : Alexeï Navalny est mort en détention pour ses opinions politiques. Les Russes se condamnent à perpétuité à en supporter toute la honte !
Постскриптум: Алексей Навальный умер в заключении за свои политические взгляды. Россияне обрекают себя на всю жизнь нести весь позор!
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