En 2016, deux groupes de chercheurs distincts ont affirmé avoir créé le premier cristaux de temps – proposé à l’origine par le physicien lauréat du prix Nobel Frank Wilczek en 2012. Le premier de ces groupes était dirigé par des ingénieurs de Google en collaboration avec des chercheurs de Stanford, Princeton et d’autres universités. Leurs résultats, publiés dans La nature, prétendait avoir créé la phase exotique de la matière dans un ordinateur quantique. Dans une véritable démonstration de convergence, une autre équipe de chercheurs indépendante a annoncé la création du premier cristal de temps au monde à l’intérieur d’un diamant la même année. Maintenant, comme couvert par Intéressant Ingénierie, des scientifiques de l’Université Aalto en Finlande ont créé un système (s’ouvre dans un nouvel onglet) où deux d’entre eux cristaux de temps interagir – ouvrir très légèrement les portes vers un équivalent de type RAM pour l’informatique quantique.
Dans la culture pop, la chanson de Muse « The 2nd Law: Isolated System » déclare que « dans un système isolé, l’entropie ne peut qu’augmenter » – une référence à la deuxième loi de la thermodynamique, qui stipule essentiellement que tous les systèmes ont tendance à se désorganiser sur une durée suffisante temps. Les cristaux de temps tendent apparemment ce concept en permettant la création de machines à mouvement perpétuel – ils se déplacent dans un cycle périodique et répétitif, entretenant un schéma prévisible et constant d’états changeants sans brûler ni créer d’énergie. Si vous avez déjà vu un Newton Cradle, un jouet exécutif populaire, vous pouvez voir comment cela fonctionne dans votre esprit.
Pour créer leur système, les chercheurs ont refroidi une quantité d’hélium-3, un isotope de l’hélium qui devient un superfluide lorsqu’il est refroidi à une fraction au-dessus du zéro absolu (moins 459,67 degrés Fahrenheit ou moins 273 degrés Celsius). Étant un superfluide, il n’y a pas de viscosité, ce qui signifie qu’aucune énergie n’est perdue par frottement, permettant ainsi au mouvement du cristal temporel de se poursuivre indéfiniment.
Dans l’expérience, « indéfiniment » équivalait à 1 000 secondes assez finies (près de 17 minutes) de cohérence. Mais dans le domaine quantique, où les temps de cohérence oscillent généralement autour de quelques millisecondes (selon le type de qubit, les configurations matérielles et les procédures opérationnelles), c’est l’équivalent quantique de plusieurs durées de vie.
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Puisqu’aucune énergie n’est créée spontanément, les cristaux de temps obéissent au principe de conservation de l’énergie et sont décrits comme réalisant un « mouvement sans énergie ». Ils ont encore besoin d’un conducteur quelconque (un laser ou un autre moyen) pour maintenir leur état, sinon ils tomberaient vers l’équilibre et cesseraient leur mouvement perpétuel. Mais puisque cela se produit sans que de l’énergie soit réellement ajoutée au système de quelque manière que ce soit – pas même sous forme de chaleur – aucune nouvelle physique n’a besoin de s’appliquer. Et en prime, la nouvelle recherche postule que ces cristaux de temps interconnectés pourraient éventuellement fonctionner à température ambiante, supprimant les systèmes de refroidissement coûteux et complexes – tels que le Goldeneye d’IBM – qui sont nécessaires pour certains types de qubits.
Pourtant, les physiciens et les experts de l’industrie sont encore en train de comprendre comment exactement cette technologie se déroulera. Et pourtant, la stabilité à long terme des cristaux de temps attire déjà les yeux sur cette nouvelle phase de la matière. S’adressant au magazine Quanta, Roderich Moessner, directeur de l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes à Dresde, en Allemagne, et co-auteur de l’article original de Google, a qualifié la stabilité des cristaux de temps de quelque chose de particulièrement inhabituel dans le domaine de l’informatique quantique – et l’ingéniosité humaine a tendance à faire des choses utiles à partir de l’inhabituel.
Florian Preis, physicien et ingénieur chez Quantum Brilliance – connu pour ses qubits à base de diamant à température ambiante – a déclaré que les temps de stabilité inhabituellement longs du cristal temporel, ainsi que la prévisibilité, pourraient théoriquement ouvrir la porte à l’équivalent quantique de la mémoire RAM. Cette stabilité dans le temps est ce qui leur donne le flair de science-fiction des cristaux de temps.
Ces longs temps de cohérence contrastent avec l’élément fondamental de l’informatique quantique – le qubit – dont l’inconstance pousse les mastodontes de l’industrie et les spécialistes quantiques tels qu’IBM, Microsoft, IonQ et d’autres à se battre les uns contre les autres vers la suprématie quantique. Au risque de trop simplifier, un certain nombre de qubits (transistors quantiques) peuvent produire la complexité équivalente des cœurs de processeur – d’où le terme unité de traitement quantique (QPU). Peut-être que les cristaux de temps finiront par déverrouiller l’analogique de l’informatique quantique au système RAM – encodant les informations qui sont disponibles pendant une période suffisamment longue pour être exploitées par les qubits eux-mêmes.
« Tout le monde sait que les machines à mouvement perpétuel sont impossibles », a déclaré Samuli Autti, chercheur et maître de conférences en physique à l’Université de Lancaster au Royaume-Uni, dans un communiqué à Ram Rayong. « Cependant, en physique quantique, le mouvement perpétuel est acceptable tant que nous gardons les yeux fermés », a-t-il conclu.
Il semble que le clignotement soit aussi une partie indispensable de la physique quantique.