Informatique quantique : pour la première fois, deux cristaux temporels ont été couplés
La possibilité de construire une machine à mouvement perpétuel, qui continue à fonctionner sans apport extérieur, est une célèbre expérience de pensée scientifique. Mais comme pour de nombreux autres concepts, les scientifiques se tournent vers le monde étrange de la mécanique quantique, les lois qui régissent l’infiniment petit, pour rendre l’impossible possible. Selon une nouvelle étude, les propriétés quantiques qui font du mouvement perpétuel une réalité pourraient avoir une utilité dans les technologies futures.
Image d’entête : représentation artistique d’un cristal temporel. (Google Quantum AI)
Les « cristaux temporels » sont une phase de la matière récemment découverte. Comme d’autres structures cristallines que l’on trouve dans les roches et les métaux, les atomes des cristaux temporel sont disposés selon un motif qui se répète régulièrement, ou « réseau ». Par exemple, un grain de sel est composé d’atomes de sodium et de chlore. Un cristal temporel est similaire, mais au lieu de former un motif répétitif dans l’espace, un motif oscillant est formé dans le temps.
L’élément « temps » n’a malheureusement rien à voir avec le voyage dans le temps. Les atomes de cristal temporel sont eux-mêmes en mouvement perpétuel, sans apport d’énergie extérieure, ce qui semble enfreindre les lois de la physique. Les atomes oscillent ou tournent constamment.
Une nouvelle étude (lien plus bas), décrit la création du premier système de cristal temporel à deux corps. Les auteurs affirment que, non seulement les cristaux temporels couplés se comportent exactement comme ils le devraient en théorie, mais que le système ainsi couplé offre des possibilités pour les technologies futures.
Selon l’auteur principal de cette étude, le Dr Samuli Autti, de l’université de Lancaster au Royaume-Uni :
Tout le monde sait que les machines à mouvement perpétuel sont impossibles. Cependant, en physique quantique, le mouvement perpétuel est acceptable tant que nous gardons les yeux fermés. En nous faufilant par cette fissure, nous pouvons fabriquer des cristaux temporels.
L’équipe internationale, qui regroupe des institutions du Royaume-Uni, de Russie et de Finlande, a créé des cristaux temporels en refroidissant de l’hélium 3, un isotope rare de l’hélium auquel il manque un neutron, à 0,0001 K ou -273,15°C, soit à un dix millième de degré au-dessus du zéro absolu. À cette température, l’hélium 3 crée un superfluide, c’est-à-dire un liquide dont la viscosité est nulle.
Les chercheurs ont refroidi de l’hélium-3 superfluide à un niveau proche du zéro absolu (moins 273,15°C) à l’intérieur de ce réfrigérateur rotatif, où deux cristaux de temps ont été créés et mis en contact. (Université d’Aalto/ Mikko Raskinen)
Une fois créés, les deux cristaux temporels formés dans le superfluide ont été réunis pour interagir.
Les cristaux temporels ont été théorisés pour la première fois en 2012 par le lauréat du prix Nobel Frank Wilczek, puis identifiés en 2016. Depuis leur création, les cristaux temporels ont laissé les physiciens perplexes, et une utilisation potentielle de cette étrange substance est restée insaisissable.
Selon Autti :
Il s’avère que mettre deux d’entre eux ensemble fonctionne à merveille, même si les cristaux temporels ne devraient pas exister à la base. Et nous savons déjà qu’ils existent également à température ambiante.
Un système à deux niveaux est l’élément de base d’un ordinateur quantique. Le fait que la dynamique des cristaux temporels couplés suive la description du manuel d’un système à deux niveaux (avec un peu d’épices quantiques) est un développement passionnant. Les auteurs suggèrent que cela pourrait signifier que les cristaux temporels pourraient être la clé du développement d’ordinateurs quantiques à température ambiante.
L’étude publiée dans Nature Communications : Nonlinear two-level dynamics of quantum time crystals et présentée sur le site de l’Université de Lancaster : Time crystals “impossible” but obey quantum physics.