Inversion du temps en physique quantique

[Morteen]

https://trustmyscience.com/chercheur...ule-quantique/

Bonjour.
J'aimerais votre avis. Si l'expérience n'est pas biaisée, peut on expliquer le résultat avec l'entropie ?

Merci
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[oualos]

Je suis dubitatif sur l'inversion du temps.
Ça a l'air d'une interprétation, au cours de laquelle une particule revient à son état précédent celui avant d'être manipulée.
J'attends de voir ce que diront les spécialistes

L’équipe a démontré l’utilisation d’un interrupteur quantique permettant de ramener un photon à son état d’origine, avant qu’il ne traverse un cristal.

Cela veut dire qu'on l'a ramené à son état avant de traverser le cristal mais un photon n'a pas de référentiel donc pas de temps propre il me semble

[oxycryo]

oui, ça semble bizarre, surtout avec un photon, qui emireçu (en même temps... pour lui en tout cas, mais par pour un observateur, qui le perçoit en 4D (x,y,z,t))

observent-ils vraiment (et surtout un process anté-rograde) (ce qui est passionant) mais il me semble que les horloges de l'observateur elle avance toujours dans le même sens... là ils voient une tache d'encre se reconstituer en goutte à la surface d'un liquide... et en déduit que le temps local c'est inversé... là où visiblement c'est la goutte qui se reconstitue... la flèche entropique peut peut-être avoir des exceptions... et devenir négentropique... ce qui est à la fois étrange et pas impossible... la crisalisation de l'eau est négentropique (pas sur) et créer de l'ordre en lui et place du désordre thermique de l'eau.. (si je raconte nawak vous me direz)

[Baal149]

Bonjour,

la flèche entropique peut peut-être avoir des exceptions... et devenir négentropique... ce qui est à la fois étrange et pas impossible... la crisalisation de l'eau est négentropique (pas sur) et créer de l'ordre en lui et place du désordre thermique de l'eau.. (si je raconte nawak vous me direz)

En effet, c'est nawak.

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Le principe d’entropie (souvent vulgarisé comme étant la mesure du désordre) n'a pas d'exception.
L'entropie à deux composantes : aspect particulaire et l'aspect énergétique. Quand l'eau se solidifie elle perd du désordre au niveau particulaire (les molécules sont figées) mais la transformation libère de l'énergie qui va se dissiper (le "désordre énergétique" augmente).

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

la cristallisation de l'eau est néguentropique (pas sur)

Tout dépend ce que vous entendez par là : si c'est l'entropie de l'eau a diminué, c'est correct et non contradictoire avec le second principe qui dit que l'entropie d'un système isolé ne peut pas diminuer.
Mais là pour que l'eau cristallise, elle doit échanger de l'énergie avec l'extérieur et l'entropie du tout (eau+extérieur) augmente.

[ThM55]

Mais l'article dont il est question n'a rien à voir avec l'entropie. Il s'agit d'une exploitation de la réversibilité au niveau microscopique (ici un qubit), qui est garantie pour des systèmes quantiques qui gardent la cohérence assez longtemps (on ne parle donc pas de mesure). On sait manipuler des processus quantiques en optique quantique, qui est une technologie mature, et qui a permis depuis maintenant quelques décennies des réalisations expérimentales, dont l'exploration de situations avec des particules intriquées.

Comme l'évolution quantique est unitaire, il est toujours en principe possible de la faire rejouer à l'envers. Un peu comme, en mécanique classique sans frottements: on pouvait en principe rejouer à l'envers la trajectoire d'une particule en inversant son vecteur vitesse à un instant donné si le champ de forces est constant. On ne peut pas le faire si simplement en mécanique quantique, un état quantique ne se résumant pas à la simple donnée d'un vecteur vitesse et d'une position, comme tout le monde sait. Ce que ces gens disent avoir fait, c'est un protocole qui permet d'appliquer l'inverse de l'opérateur U d'évolution d'un qubit dans un système, quel que soit le dispositif qui réalise U. Leur protocole marche pour toute "boîte noire" qui réalise U, sans qu'il soit nécessaire de savoir ce qu'il y a dans cette boîte noire. C'est pour cette raison qu'ils qualifient leur procédé d'universel (il devrait fonctionner pour toute évolution unitaire U même si on n'en connait pas le détail). Il est toutefois nécessaire dans leur procédé de pouvoir refaire fonctionner à volonté cette boîte noire qui donne U.

L'idée repose sur une surprenante propriété de commutation des matrices unitaires 2x2, qui est explicitée dans l'équation 1 de l'article suivant: https://opg.optica.org/optica/fullte...ptica-10-2-200 . Ce qui est curieux est que cette équation fait intervenir une autre matrice V qu'ils appellent une perturbation et qui permet de mettre en oeuvre la formule 1. La description détaillée du dispositif montre que c'est tout de même assez compliqué et ingénieux.

Mais ce truc ne fait rien de nouveau sur le plan des principes: on sait depuis très longtemps que l'évolution quantique est réversible.

Dans la discussion finale, ils mentionnent qu'on devrait pouvoir réaliser la même chose avec des atomes froids mais que la technologie n'est pas aussi mature que celle de la photonique quantique.

[oxycryo]

je parle d'entropie comme j'aurais fait une métaphore sur la gravité, qui sont les deux systèmes fléchés, qui n'évolue que dans un seul sens... et sont la flèche temporelle... donc à moins que vous me disiez qu'il a d'autre phénomènes "généraux" à sens unique... si l'on parle du temps, et de son inversion, l'on parle soit d'inversion du champs gravitationnel, haut-bas essentiellement, ce qui n'est ps manifeste ici... donc c'est l'entropie qui est en question, qui donne le sens général du développement de toute chose à notre échelle tout du moins... mais il semble que la quantique n'y échappe pas non plus...

delà que... certains propos ci-plus haut me semble "pas assez approfondie"

donc, est-ce une violation de l'entropie ? puisque ici je vois mal une inversion gravitationnelle

[oualos]

Mais ce truc ne fait rien de nouveau sur le plan des principes: on sait depuis très longtemps que l'évolution quantique est réversible.

c'est de la physique de (très) haut niveau et il me semble qu'il faut vraiment être spécialiste pour comprendre le sens de leur expérience.
Je reste quand même dubitatif sur le fait que vitesse, position et même temps(?) n'ont pas le même sens dans la mécanique quantique que classique.
Pour les 2 premiers c'est clair que la mesure détruit intrinsèquement la possibilité de pouvoir effectuer à la fois une mesure de vitesse et de position conformément au principe d'Heisenberg.
Quant au temps dans le mode sub-atomique existe-t-il ? Carlo Rovelli affirme que le temps n'existe pas et qu'il est consécutif à une émergence due à la décohérence quantique d'où découleraient flèche du temps et temps.
Je m'arrête là car je suis un peu dépassé pour rentrer dans les détails de leur expérience et de ce qu'elle démontre.
Merci de vos explications et du lien

[pm42]

Pour ceux que ce genre de sujet intéressent, je recommande fortement le dernier Pour la Science avec des articles sur la causalité qui est "superposable" quantiquement.
Cela rejoint en partie ce sujet où le temps et donc la causalité ne seraient pas les absolus que nous percevons mais effectivement des propriétés émergentes.

[ThM55]

Il faut peut-être distinguer en physique ce qui est pure spéculation sans la moindre confirmation expérimentale de ce que l'on connaît et qui est confirmé par l'expérience. C'est pour cette raison que je n'aime pas trop ces ouvrages de vulgarisation (du genre "le temps n'existe pas") qui sont produits semble-t-il au rythme d'une mitrailleuse par certain physiciens qui sont par ailleurs très estimables: ils ne rendent pas cette importante distinction assez claire (à mon goût). J'estime que cela est presque de la faute professionnelle. Mais je suis aussi contre toute censure, donc qu'on les lise, mais il faut savoir faire la distinction que j'ai mentionnée.

Sur ce forum, j'essaie en général de le faire, sans me limiter nécessairement à ce qui est connu car les spéculations ont aussi leur intérêt. Pour ce qui est connu, non: la causalité n'est pas une propriété "émergente", elle est au cœur de la formulation actuelle de la théorie quantique des champs, avec une exigence forte de micro-causalité relativiste. C'est fondamental et c'est ce qui permet de mettre en évidence certaines propriétés cruciales, comme par exemple l'existence des antiparticules. L'unitarité de l'évolution quantique est une propriété tout aussi fondamentale. Tout cela est à la base du modèle standard, qu'on essaie désespérément de mettre en défaut depuis des années sans y parvenir.

Cela ne veut pas dire que dans le futur une autre théorie, plus complète, peut-être capable d'unifier la gravitation avec les autres interactions, ne montrera pas autre chose. C'est possible, mais il faut bien comprendre que cela reste pour l'instant des maths et pas de la physique tant qu'on n'a pas d'indices expérimentaux. Récemment est sorti un livre sur l'épistémologie de la théorie des cordes. Il contient un chapitre intitulé "Preuves expérimentales directes de la théorie des cordes". Il est très court, il est réduit à une seule phrase: "Il n'y a aucune preuve expérimentale directe de la théorie des cordes". Je trouve qu'un ouvrage sur la gravité quantique en boucles ou sur les triangulations causales ou autres approches, devraient être aussi honnêtes. La physique étant une science expérimentale, il me semble important de signaler cela.

Je vais encore essayer d'expliquer le plus simplement possible l'idée centrale de l'article, telle que je crois l'avoir comprise et montrer en quoi c'est une sorte de tour de force logique. On part d'un système quantique, le plus simple qui existe, un qubit. C'est une généralisation quantique du bit de l'informatique quantique, on peut l'imaginer comme une sorte de superposition du 0 et du 1 avec des coefficients complexes, et de norme unité. A cause de la normalisation, on peut le représenter comme un point sur une sphère dont un pôle représente le 1 et le pôle opposé le 0. Un tel qubit contient de l'information stockée dans les coefficients complexes. L'état de départ sera noté . C'est un point quelconque sur la sphère et sa valeur n'a pas d'importance.

Ensuite on fait passer ce qubit dans un appareil qui le fait évoluer quantiquement par un processus unitaire. Il faut comprendre que l'évolution quantique est purement déterministe. Les probabilités et l'aléatoire n'apparaissent que lors d'une mesure, pas pendant l'évolution quantique. C'est déjà le cas dans la mécanique quantique usuelle des particules non relativistes: l'équation de Schrödinger est une équation aux dérivée partielles qui permet de prévoir de manière déterministe la fonction d'onde pour t>0 à partir de sa valeur à l'instant t=0. L'appareil dans lequel le qubit passe transforme son état en un état où U représente l'action de l'appareil et est ce qu'on appelle un opérateur (pour des raisons mathématiques qu'on peut ignorer).

Comme U est linéaire (fondamental en MQ!) et unitaire, il conserve la norme de l'état et il possède un inverse . Si on applique l'inverse à , on retrouve l'état initial: .

Le problème est le suivant: on possède l'appareil U, on peut à volonté l'appliquer à tout état donné; mais comment obtenir si on ne sait pas comment U a été construit?

J'imagine très facilement un procédé: faire fonctionner U sur des états de base et voir ce qui en sort. Cela donne les coefficients dans la matrice qui représente U. Le problème en MQ c'est qu'on ne peut pas facilement identifier "ce qui en sort"; en effet, on ne peut pas facilement identifier un état quantique inconnu. Pour cela il faut le mesurer et en faisant cela, on le projette sur un des états de base, donc on le détruit et on perd l'information. On doit donc répéter l'expérience un grand nombre de fois de manière à estimer des probabilités et on peut ainsi reconstituer l'état final (à une phase globale près et avec une incertitude contrôlable). Il est donc théoriquement possible de trouver en utilisant uniquement , mais de manière détournée en identifiant la structure interne de U et en faisant "fonctionner" U sur des états de base un nombre suffisant de fois, puis en implémentant un autre "appareil" qui réaliserait le qu'on a calculé (comme c'est unitaire il suffit de prendre l'adjoint).

Dans l'expérience, ce n'est pas ce qu'ils font: ils retrouvent l'état initial du qubit sans identifier cette structure interne de U et en la laissant inconnue! Simplement en utilisant une méthode expérimentale pour implémenter un commutateur de deux opérateurs. C'est remarquable. Je n'ai pas encore bien compris d'où vient leur relation (1), qui est au cœur du procédé, mais je pense que c'est lié au fait qu'on a des matrices 2x2. Je vais essayer d'en trouver une preuve simple (une référence la donne mais cela me semble noyé dans une chose plus complexe).

[ThM55]

Le livre dont j'ai parlé est "Why String Theory?" de Joseph Conlon:

https://www.google.be/books/edition/...sec=frontcover

Google livres permet d'afficher le chapitre 7, qui est très court.

[pm42]

C'est possible, mais il faut bien comprendre que cela reste pour l'instant des maths et pas de la physique tant qu'on n'a pas d'indices expérimentaux.

Sauf que dans le cas que je citais, il s'agit d'expériences justement qui ouvrent la porte à différentes interprétations mais aussi à d'autres expériences. Donc on a les indices expérimentaux que le temps et le causalité ne sont forcément ce qu'on a utilisé jusque là pour construire nos théories établies.
On ne peut pas actuellement en tirer des conclusions définitives (et là aussi, le sujet est abordé dans les articles) mais on est plus loin que ce que tu supposes.

[ThM55]

Sauf que dans le cas que je citais, il s'agit d'expériences justement qui ouvrent la porte à différentes interprétations mais aussi à d'autres expériences. Donc on a les indices expérimentaux que le temps et le causalité ne sont forcément ce qu'on a utilisé jusque là pour construire nos théories établies.
On ne peut pas actuellement en tirer des conclusions définitives (et là aussi, le sujet est abordé dans les articles) mais on est plus loin que ce que tu supposes.

OK, je vais me procurer cet article (je devrai sortir la voiture, cette revue n'est pas distribuée par le kiosquier de mon village).

Pour ceux que cela intéresse, la relation (1) qui est à la base du procédé est dérivée dans l'article suivant, qui décrit théoriquement comment on peut manipuler l'évolution temporelle des systèmes quantiques en général: https://quantum-journal.org/papers/q...12-15-374/pdf/ (en fait toutes les idées théoriques proviennent de cet article, celui qui est mentionné dans mon message précédent est la réalisation expérimentale dans le cas particulier d'un seul qbit). Ce n'est pas essentiel pour comprendre l'idée de l'article telle que j'ai tenté de l'expliquer, on peut ignorer cette démonstration, mais pour ceux qui s'intéressent aux maths derrière le procédé, en bref voici comment on l'obtient.

Sur un seul qubit, on travaille avec des matrices 2x2 complexes. Pour une telle matrice A le théorème de Cayley-Hamilton dit que . Si , comme la trace d'un commutateur est nulle, on a



Si on prend et , on obtient



Mais avec quelques manips simples on peut vérifier que c'est la même chose que



et donc comme U est inversible, c'est équivalent à :



C'est ce qui permet de "remonter le temps" pour l'état quantique (abus de langage).

Les commutateurs sont réalisés par des circuits qui combinent U et V dans des sens opposés dans les diagrammes. Il est assez clair, je crois, que U et V sont unitaires; cela garantit que le facteur de proportionnalité n'est pas nul.

[ThM55]

C'est un détail, mais l'unitarité n'est pas suffisante. Le facteur de proportionnalité dépend du déterminant du commutateur [U,V]. Il faut donc que ce commutateur soit inversible. Dans leur cas ils ont un projecteur. Quand on voit dans le détail comment ils ont réalisé cela par des composants photoniques, on se rend compte que c'est vraiment plein d'ingéniosité. C'est joli, mais on peut se demander à quoi cela peut servir de "défaire" un calcul quantique, à part embêter celui qui l'a fait .

[pm42]

C'est joli, mais on peut se demander à quoi cela peut servir de "défaire" un calcul quantique, à part embêter celui qui l'a fait .

Défaire permet d'envisager de faire du calcul réversible, ce qui permet de le rendre aussi peu consommateur en énergie qu'on veut, proche de 0. Je cite de mémoire un article qui a quelques années.

[ThM55]

C'est surtout intéressant sur le plan des principes. Il me semble difficile d'imaginer les applications possibles. Je cite le résumé de l'article du quantum journal, qui mentionne aussi une accélération du processus quantique.

a) when the target is a sin-
gle system, we can translate it backwards in
time for an amount proportional to the experi-
mental runtime; b) when n targets are present
in the scattering region, we can make a sin-
gle system evolve n times faster (backwards or
forwards), at the cost of keeping the remain-
ing n − 1 systems stationary in time.

On peut aussi se demander ce qui pourrait se faire avec de telles procédures sur des paires intriquées. Peut-être des attaques sur les protocoles de cryptographie quantique?