L’une des vérités scientifiques qu’on peut difficilement remettre en question est le fait que le temps s’écoule dans une seule direction. On naît puis on vieillit progressivement, mais pas l’inverse. Un verre tombe et se brise, mais ne rassemble pas ses morceaux éparpillés après s’être brisé.
Cette propriété immuable de l’univers porte le nom de « flèche du temps » et elle est essentiellement une conséquence de la deuxième loi de la thermodynamique qui veut que les systèmes aient toujours tendance à devenir plus désordonnés au fil du temps.
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Pourtant, des chercheurs américains et russes ont récemment réussi à inverser la flèche du temps à travers une expérience menée sur des particules subatomiques.
Manipuler le temps à l’échelle subatomique
L’étude a été publiée dans la revue Scientific Reports le 12 mars dernier, et elle montre comment des chercheurs ont réussi, à l’aide d’un très petit ordinateur quantique, à manipuler la flèche du temps. Le minuscule ordinateur utilisé par les chercheurs est composé de deux particules quantiques, connues sous le nom de qubits, qui permettent de faire des calculs à l’échelle subatomique.
À cette échelle où s’appliquent les règles étranges de la mécanique quantique, les physiciens utilisent une construction mathématique, appelée fonction d’onde, pour décrire l’état des systèmes.
La fonction d’onde est une expression de tous les états possibles dans lesquels le système pourrait se trouver, et de la probabilité que le système se trouve dans l’un de ces états à un moment donné. Et cela est valable également pour les particules. En général les fonctions d’onde se développent au fil du temps, de sorte que la position d’une particule sera par exemple plus éloignée si vous attendez une heure, que si vous attendez seulement 10 minutes.
Ainsi, essayer d’annuler la propagation de la fonction d’onde revient à essayer de faire se reconstituer un verre après qu’il se soit brisé, autrement dit à inverser le cours du temps. Pourtant, c’est exactement ce qu’ont réussi à accomplir les chercheurs dans cette expérience inédite.
Comment ont-ils réussi cet exploit ?
D’après Valerii Vinokur, physicien à l’Argonne National Laboratory dans l’Illinois : « Il n’y a pratiquement aucune chance que cela se produise tout seul. C’est comme si on disait, si vous donnez une machine à écrire à un singe et beaucoup de temps, il pourrait écrire Shakespeare. » Si une telle éventualité reste techniquement possible, elle est tellement improbable qu’elle pourrait tout aussi bien être impossible.
Les chercheurs ont simulé une seule particule à l’aide d’un ordinateur quantique, puis ont écrit un algorithme dans l’ordinateur quantique pour essayer de modifier sa fonction d’onde. Au départ, la fonction d’onde de la particule s’étalait dans le temps comme une ondulation dans un étang. L’algorithme des chercheurs permettait d’inverser l’évolution temporelle de chaque composant de la fonction d’onde, de sorte à ramener l’ondulation dans la particule qui l’avait créée. Ce qu’ils ont réussi à faire, courbant ainsi apparemment la flèche du temps, sans créer de désordre ailleurs dans l’univers.
Mais alors, peut-on dire que les chercheurs ont réussi à créer une machine à remonter le temps, ou qu’ils ont violé les lois de la physique ? La réponse est non, tout simplement parce que la deuxième loi de la thermodynamique dit que l’ordre de l’univers doit décroître avec le temps, mais pas qu’il ne peut jamais rester dans le même état dans des cas très particuliers. Or justement, cette expérience était suffisamment contrôlée, suffisamment courte et suffisamment petite pour que l’univers ne gagne ni ne perde de l’énergie.
Une application à grande échelle en vue
Comme l’explique Vinokur : « Il très complexe et compliqué de faire revenir des vagues sur un étang une fois qu’elles ont été créées. Mais nous avons vu que cela était possible dans le monde quantique, dans un cas très simple. » En d’autres termes, les scientifiques ont réussi à annuler l’effet du temps uniquement grâce au contrôle que leur donnait l’ordinateur quantique. En appliquant l’algorithme qu’ils ont créé, ils ont pu faire revenir le système à son état initial 85% du temps. Cependant, le taux de réussite a chuté à 50% du temps lorsqu’un troisième qubit a été introduit dans l’expérience.
Selon les chercheurs, le troisième qubit augmentait probablement trop la complexité du système, rendant plus difficile pour l’ordinateur quantique de garder le contrôle de tous les aspects du système. D’où l’importance du contrôle dans cette expérience. Pourtant les scientifiques comptent réitérer l’expérience avec des ordinateurs quantiques et des systèmes plus grands, a déclaré Vinokur.