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Les physiciens semblent «inverser le temps» dans un ordinateur quantique

Les physiciens semblent «inverser le temps» dans un ordinateur quantique


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Les scientifiques semblent avoir «inversé le temps» dans un ordinateur quantique à deux et trois bits après avoir calculé la probabilité que le phénomène se produise naturellement dans un électron localisé.

Inverser l'entropie d'un système à deux Qubit

Des scientifiques de Russie, de Suisse et des États-Unis se sont réunis pour inverser apparemment l'entropie d'un ordinateur quantique à deux qubits avec une précision de 85% et une précision d'environ 50% dans un système à trois qubits, bien qu'ils notent que l'inexactitude restante est due à les imperfections de l'ordinateur quantique lui-même, pas leur algorithme.

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L'entropie, définie comme la mesure du désordre dans un système, augmente naturellement avec le temps, à mesure que la nature passe de l'ordre au désordre. Dans le cas de l'ordinateur quantique que les chercheurs ont construit, le système qui commence dans un état où les qubits sont initialement 0, mais se dégrade avec le temps en un caractère aléatoire de 1 et de 0.

Ceci est conforme à la deuxième loi de la thermodynamique (SLT), qui stipule que dans un système isolé, l'entropie ne diminue jamais. Ce que les chercheurs ont fait est apparemment de rembobiner cette entropie pour revenir à l'état d'origine des ordinateurs quantiques à la demande, offrant de nouvelles possibilités de correction d'erreurs dans les ordinateurs quantiques, ce qui pourrait considérablement faire progresser leur déploiement.

Rebobinage temporel spontané dans les électrons localisés

Les chercheurs de l'Institut de physique et de technologie de Moscou (MIPT), de l'Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) et du Argonne National Laboratory, États-Unis (ANL) - qui ont publié leurs résultats aujourd'hui dans la revue Scientific Reports -, ont commencé par calculer la probabilité d'un électron localisé reviendrait à son état antérieur d'un instant à l'autre.

"Supposons que l'électron soit localisé lorsque nous commençons à l'observer. Cela signifie que nous sommes assez sûrs de sa position dans l'espace. Les lois de la mécanique quantique nous empêchent de le connaître avec une précision absolue, mais nous pouvons définir une petite région où l'électron est localisé », déclare Andrey Lebedev, co-auteur de l'étude, du MIPT et de l'ETH Zürich.

L'évolution de l'état de l'électron d'un instant à l'autre est déterminée par l'équation de Schrödinger. Cette équation ne fait aucune distinction entre les points dans le temps, mais conformément au SLT, la zone dans laquelle l'électron peut apparaître croît rapidement.

"Cependant, l'équation de Schrödinger est réversible", ajoute Valerii Vinokur, d'ANL et co-auteur de l'article. "Mathématiquement, cela signifie que sous une certaine transformation, appelée conjugaison complexe, l'équation décrira un électron" taché "se localisant dans une petite région de l'espace au cours de la même période."

Bien qu’une telle inversion n’ait pas été observée naturellement, les scientifiques ont estimé que cela était théoriquement possible.

Les chercheurs comparent cela à une boule de billard en frappant une autre. Si vous enregistrez l'événement normalement, une équation régirait le comportement des différentes positions et vitesses des boules de billard - en d'autres termes, leurs états à un moment donné.

Cependant, si vous inversez l'enregistrement, la même équation régirait également cette transition d'état. Essentiellement, 2X est égal à Y, mais Y est également égal à 2X, selon la manière dont vous voulez lire l'équation. Les deux sont valides et il n'y a aucun moyen de dire quelle forme était l'équation «originale».

Dans le cas d'un électron, il était théoriquement possible de faire tourner l'équation de Schrödinger à l'envers, de sorte que si l'équation régissant la transition d'état de l'électron était Y = 2X, vous pouvez arriver à Y à partir de 2X en utilisant la même équation, 2X = Y.

Afin de déterminer la fréquence à laquelle ce phénomène se produit naturellement, l'équipe a calculé la probabilité qu'un électron «s'étale» sur une fraction de seconde et se localise spontanément dans un état antérieur, une manière plus précise de dire remontant dans le temps.

Ils ont calculé que si vous regardiez 10 milliards d'électrons nouvellement localisés sur toute la vie de l'univers - 13,7 milliards d'années - chaque seconde, vous observeriez ce phénomène une seule fois, et même alors, ce serait un seul électron se déplaçant d'un dix milliardième. d'une seconde en arrière.

Rembobinage du temps à la demande

Si la probabilité qu'un électron unique évolue vers un état passé est pratiquement impossible, comment ces scientifiques ont-ils alors recréé l'effet dans les états quantiques des qubits avec un taux de réussite de 85% dans un système à deux qubits et un peu moins de 50% pour un système à trois qubits?

En utilisant l'analogie de la boule de billard, plutôt que deux boules de billard, cela s'apparente davantage à utiliser un support de boules de billard, à les casser avec une bille blanche et à les réassembler en pyramide.

Essentiellement, les chercheurs ont conçu un algorithme qu'ils décrivent comme donnant à la table de billard un «coup de pied» qui inverse les changements d'état des qubits, les ramenant à leurs états précédents. Ce serait comme frapper la table de billard juste à l'endroit précis avec juste la force précise pour envoyer toutes les boules directement en sens inverse, se reformant finalement en une pyramide.

«Notre algorithme pourrait être mis à jour et utilisé pour tester des programmes écrits pour des ordinateurs quantiques et éliminer le bruit et les erreurs», a expliqué Lebedev.


Voir la vidéo: Lintrication, un des phénomènes les plus étranges de la physique quantique - Passe-science #12 (Juin 2022).


Commentaires:

  1. Cambeul

    D'accord, une idée très utile

  2. Chayim

    Et pourtant, il me semble que vous devez réfléchir soigneusement à la réponse ... de telles questions ne peuvent pas être résolues dans la précipitation!



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