vendredi, novembre 8, 2024

La RAM quantique potentiellement déverrouillée avec des cristaux de temps

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.

Schéma d’un berceau de Newton. Cette image sert simplement d’illustration et est une simplification excessive de la physique réelle. (Crédit image : Wikipédia)

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.

Un schéma sur les cristaux de temps

Le superfluide est contenu dans un cylindre en verre de quartz. Le cristal temporel magnon (blob bleu) est piégé au milieu du contenant par l’effet combiné d’un champ magnétique statique, créé à l’aide d’une bobine de pincement (boucle de fil vert), et par la distribution spatiale de l’impulsion orbitale superfluide (petite flèches). La cohérence de l’aimantation du cristal temporel est observée à l’aide de bobines de détection transversales. L’ondulation sur la surface libre superfluide est ajoutée à des fins d’illustration. (Crédit image : Université Aalto)

(s’ouvre dans un nouvel onglet)

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.

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