Les physiciens se débattent depuis longtemps avec la « flèche du temps », l’observation selon laquelle dans notre vie quotidienne, le temps ne se déplace que dans une seule direction, du passé vers le futur. Alors que la physique classique suggère que la plupart des lois devraient fonctionner aussi bien en arrière qu’en avant, la Deuxième loi de la thermodynamique dicte que les systèmes évoluent naturellement vers le désordre (entropie), créant ainsi une voie à sens unique pour le temps.
Cependant, dans le domaine de la mécanique quantique, les règles changent. De nouvelles recherches suggèrent qu’en manipulant les systèmes quantiques, les scientifiques peuvent effectivement « inverser » la signature statistique du temps, transformant potentiellement l’acte de mesure en une source d’énergie pour les batteries quantiques.
Imitant l’inversion du temps dans le royaume quantique
Dans un système quantique, la direction du temps n’est pas mesurée par une horloge, mais en comparant des mesures physiques avec des prédictions mathématiques. Lorsque ces mesures suivent un modèle statistique spécifique, nous définissons le système comme allant « en avant ».
Des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos, dirigés par Luis Pedro García-Pintos, ont développé une méthode pour inverser cette tendance. En utilisant des outils de contrôle précis, ils peuvent contrecarrer les changements qui se produisent lors d’une mesure.
“Si la mesure devait faire monter mon système, je peux le faire redescendre”, explique García-Pintos. “En contrecarrant les mesures efficaces, nous pouvons produire des trajectoires plus cohérentes avec le fait que le processus ait été en arrière plutôt qu’en avant.”
Essentiellement, l’équipe ne voyage pas littéralement dans le temps ; ils procèdent plutôt à une ingénierie inverse de l’évolution du système afin qu’il se comporte comme s’il fonctionnait à l’envers.
De la mesure à la récupération d’énergie
Cette percée a des implications significatives pour le développement de batteries quantiques et de moteurs quantiques miniatures. En mécanique quantique standard, le fait de mesurer un système, comme vérifier le spin d’un qubit, injecte de l’énergie dans ce système. Habituellement, cette énergie est considérée comme un effet secondaire ou une perturbation de l’état quantique délicat.
La nouvelle technique modifie la relation entre mesure et énergie :
– Mesure indirecte : En mesurant indirectement une propriété, les chercheurs peuvent observer un qubit sans détruire son état fragile.
– Manipulation des micro-ondes : À l’aide des signaux de ces mesures, les chercheurs peuvent appliquer des impulsions de rayonnement micro-ondes pour manipuler le système.
– Redirection d’énergie : Au lieu de laisser l’énergie de mesure se dissiper ou provoquer du désordre, cette méthode la redirige, utilisant efficacement la mesure comme ressource thermodynamique.
La vérification de la réalité thermodynamique
Même si le concept d’« inversion du temps » ressemble à de la science-fiction, il ne viole pas les lois fondamentales de la physique. Les experts notent que ce processus reste strictement soumis aux lois de la thermodynamique.
Mauro Paternostro de l’Université Queen’s de Belfast souligne que la réduction du désordre (inversion de la flèche du temps) nécessite un apport d’énergie externe. Il utilise une analogie simple pour expliquer le coût :
Imaginez la chambre en désordre d’un enfant. Pour réduire le désordre et « inverser » le désordre, vous devez travailler et dépenser de l’énergie pour le nettoyer.
Dans l’expérience quantique, le « nettoyage » est effectué par le mécanisme de contrôle externe (les impulsions micro-ondes et les outils de contrôle). L’énergie utilisée pour provoquer l’inversion est supérieure ou égale à l’énergie récupérée, garantissant ainsi que l’entropie globale de l’univers continue d’augmenter.
Le chemin à parcourir
Même si la recherche constitue un progrès théorique et expérimental important, elle ne constitue pas encore une solution universelle. La configuration actuelle est très spécifique et conçue pour des environnements contrôlés, ce qui signifie qu’elle ne s’appliquera peut-être pas facilement à tous les types de systèmes quantiques du monde réel.
En résumé, en apprenant à manipuler la direction statistique des processus quantiques, les scientifiques ont trouvé un moyen de transformer l’acte perturbateur de mesure en une méthode contrôlée de récupération d’énergie, ouvrant ainsi la voie au futur stockage d’énergie quantique.
