Les physiciens ont persuadé particules de lumière en subissant simultanément des transformations opposées, comme un humain se transformant en loup-garou alors que le loup-garou se transforme en humain. Dans des circuits soigneusement conçus, les photons agissent comme si le temps s’écoulait dans une combinaison quantique d’avant en arrière.
“Pour la toute première fois, nous avons en quelque sorte une machine à voyager dans le temps qui va dans les deux sens”, a déclaré Sonja Franke-Arnold, physicienne quantique à l’Université de Glasgow en Écosse, qui n’a pas participé à la recherche.
Malheureusement pour les fans de science-fiction, les appareils n’ont rien de commun avec une DeLorean de 1982. Tout au long des expériences, qui ont été menées par deux équipes indépendantes en Chine et en Autriche, les horloges de laboratoire ont continué à avancer régulièrement. Seuls les photons traversant les circuits ont subi des manigances temporelles. Et même pour les photons, les chercheurs se demandent si l’inversion de la flèche du temps est réelle ou simulée.
Quoi qu’il en soit, le phénomène déroutant pourrait conduire à de nouveaux types de technologie quantique.
“Vous pourriez concevoir des circuits dans lesquels vos informations pourraient circuler dans les deux sens”, a déclaré Giulia Rubino, chercheuse à l’Université de Bristol.
N’importe quoi n’importe quand tout à la fois
Les physiciens ont réalisé pour la première fois il y a dix ans que les règles étranges de la mécanique quantique renversaient les notions de bon sens du temps.
L’essence de l’étrangeté quantique est la suivante : lorsque vous recherchez une particule, vous la détectez toujours à un emplacement unique et ponctuel. Mais avant d’être mesurée, une particule agit plutôt comme une onde ; il a une “fonction d’onde” qui s’étend et ondule sur plusieurs itinéraires. Dans cet état indéterminé, une particule existe dans un mélange quantique d’emplacements possibles connu sous le nom de superposition.
Dans un article publié en 2013, Giulio Chiribella, un physicien maintenant à l’Université de Hong Kong, et ses coauteurs ont proposé un circuit qui placerait les événements dans une superposition d’ordres temporels, allant au-delà de la superposition des emplacements dans l’espace. Quatre ans plus tard, Rubino et ses collègues ont directement démontré expérimentalement l’idée. Ils ont envoyé un photon sur une superposition de deux chemins : un dans lequel il a vécu l’événement A puis l’événement B, et un autre où il a vécu l’événement B puis A. Dans un certain sens, chaque événement semblait causer l’autre, un phénomène qui s’est produit. appelée causalité indéfinie.
Non content de jouer simplement avec l’ordre des événements pendant que le temps avançait, Chiribella et un collègue, Zixuan Liu, visèrent ensuite la direction de marche, ou la flèche, du temps lui-même. Ils cherchaient un appareil quantique dans lequel le temps entrait dans une superposition d’écoulement du passé vers le futur et vice versa – une flèche indéfinie du temps.
Pour ce faire, Chiribella et Liu ont réalisé qu’ils avaient besoin d’un système qui pourrait subir des changements opposés, comme un métronome dont le bras peut osciller à gauche ou à droite. Ils ont imaginé de mettre un tel système dans une superposition, semblable à un musicien effleurant simultanément un métronome quantique vers la droite et vers la gauche. Ils ont décrit un schéma pour la mise en place d’un tel système en 2020.
Les magiciens de l’optique ont immédiatement commencé à construire des flèches du temps en duel dans le laboratoire. L’automne dernier, deux équipes se sont déclarées gagnantes.
Un jeu à deux temps
Chiribella et Liu avaient conçu un jeu auquel seul un quantique à deux temps pouvait exceller. Jouer au jeu avec de la lumière implique de tirer des photons à travers deux gadgets en cristal, A et B. Le passage vers l’avant à travers un gadget fait pivoter la polarisation d’un photon d’une quantité qui dépend des paramètres du gadget. Passer en arrière à travers le gadget fait tourner la polarisation exactement dans le sens opposé.
Avant chaque tour de jeu, un arbitre règle secrètement les gadgets de l’une des deux manières suivantes : le chemin vers l’avant via A, puis vers l’arrière via B, décalera la fonction d’onde d’un photon par rapport au chemin inversé dans le temps (vers l’arrière via A, puis passer par B), ou ce ne sera pas le cas. Le joueur doit comprendre quel choix l’arbitre a fait. Une fois que le joueur a disposé les gadgets et autres éléments optiques comme il le souhaite, il envoie un photon à travers le labyrinthe, le divisant peut-être en une superposition de deux chemins à l’aide d’un miroir semi-argenté. Le photon se retrouve sur l’un des deux détecteurs. Si le joueur a mis en place son labyrinthe de manière suffisamment astucieuse, le clic du détecteur qui possède le photon révélera le choix de l’arbitre.
