Et si le cosmos était un ordinateur quantique ?

[Extrazlove 1 093]

Et si le cosmos était un ordinateur quantique ?

 

 

 

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SCIENCES

L'ordinateur quantique d'IBM viole-t-il le second principe de la thermodynamique ?

ACTUALITÉClassé sous :PHYSIQUE , SECOND PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE , DÉMON DE MAXWELL

 

Lire la bio

Laurent Sacco

Journaliste

Publié le 15/03/2019 - Modifié le 18/03/2019

L'écoulement du temps paraît irréversible et cela semble paradoxal car les lfondamentales et microscopiques de la physique ne semblent pas faire de différence entre le passé et le futur, à part, peut-être, en mécanique quantique. Macroscopiquement, le second principe de la thermodynamique implique aussi une irréversibilité. On cherche à mieux comprendre ces contradictions, par exemple aujourd'hui avec un ordinateur quantique, celui d'IBM.

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Il existe en physique une énigme que l'on peut faire remonter à la seconde moitié du XIX^e siècle, lorsque l'on a commencé à mieux comprendre l'origine des connexions entre la mécanique et la thermodynamique, en particulier dans le cadre de la théorie cinétique des gaz de Ludwig Boltzmann, le fondateur avec Willard Gibbsde la mécanique statistique. Kelvin et Maxwell eux-mêmes avaient fait des contributions plus ou moins en rapport avec cette énigme qui est celle que nous appelons aujourd'hui l'origine de la flèche du temps.

Prenons l'exemple de deux boules de billard qui entrent en collision, elles s'approchent et se séparent. Si nous filmons cet évènement et que nous passons le film en sens inverse, nous ne trouverions en rien les images incongrues. Il en serait tout autrement si nous observions le film d'un verre brisé au sol dont les morceaux se rassembleraient spontanément pour former ce verre qui de plus remonterait vers la table d'où il avait chuté.

Nous pourrions aussi prendre l'exemple d'une goutte d'encre qui s'est diffusée dans un verre d'eau et qui se reconstituerait. Notre intuition nous soufflerait, là aussi, qu'un film a été passé à l'envers et que ce phénomène est tout aussi impossible que le précédent. Et pourtant...

Que ce soit dans l'exemple de cette goutte ou pour le verre brisé, nous avons affaire à des collections d'atomes en mouvement selon les lois de la mécanique qui sont les mêmes que celles pour des boules de billard, jusqu'à un certain point. Les équations mathématiques de ces lois ne changent pas lorsque l'on inverse le sens de l'écoulement du temps de sorte que les solutions de ces équations qui correspondraient à avoir des verres brisés ou des gouttes diffusées se reformer sont à prendre autant au sérieux que celles qui nous semblent les plus naturelles. D'où vient alors la différence dans les deux sens d'écoulement du temps, l'un semblant irréversible et l'autre une fiction mathématique ?

Personne ne connaît vraiment la réponse même si nous en avons quelques idées, notamment avec les principes de la mécanique quantiquedécrivant une mesure sur un système quantique et parfois en connexion avec des théories cosmologiques.

Une courte présentation de la notion de flèche du temps. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © The Royal Institution

La flèche du temps, une illusion ?

Cette flèche du temps peut en tout cas se relier au fameux second principe de la thermodynamique et à la notion d'irréversibilité dans l'évolution des systèmes physiques qui d'ailleurs peut s'illustrer avec le contenu du second principe qui repose sur le fait, expérimentalement constaté, que la chaleurs'écoule toujours spontanément d'un corps chaud à un corps froid et non l'inverse.

 

 

Mais, en fait, on peut arguer que cette irréversibilité ne l'est pas vraiment et qu'elle n'apparaît surtout que pour des objets contenant beaucoup de particules et considérés sur des durées longues mais pas trop. Poincaré a ainsi démontré, avec son célèbre théorème de récurrence, que si l'on attendait suffisamment longtemps, un système mécanique finirait toujours par revenir à son point de départ même s'il faut attendre pour cela un temps considérablement plus grand que l'âge du cosmos observable. À un moment, la goutte d'encre dans le verre d'eau se reformera.

Sans aller jusque-là, de toute façon, la densité d'encre est toujours fluctuante dans le verre de sorte que, par moment, elle diminue faiblement et très transitoirement sur de petites distances même si, macroscopiquement et en moyenne, on ne voit pas ces fluctuations. On a le même effet avec la chaleur et la température dans ce verre. On peut ainsi parler, dans un certain sens, de violations temporaires et microscopiques du second principe et de la notion d'irréversibilité.

Toutefois, et bien que des physiciens, comme Lev Landau, se soient posé la question d'une origine et d'une nature fondamentale de l'irréversibilité, et donc de la flèche du temps, en rapport avec le processus de la mesure d'une grandeur d'un système en physique quantique, on s'interroge depuis plusieurs années sur de possibles violations du second principe en physique quantique et surtout sur les moyens de contrôler ces violations comme le ferait le fameux démon de Maxwell.

On peut voir un des derniers avatars de ces réflexions dans les travaux menés par un groupe de physiciens de l'Institut de physique et de technologie de Moscou et de l'École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ, en allemand Eidgenössische Technische Hochschule Zürich ou ETHZ) qui viennent de publier avec un collègue de l'Argonne National Laboratory(États-Unis) un article à ce sujet dans la rubrique du journal Nature.

Quelques idées sur la flèche du temps en cosmologie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © TEDx Talks

Un paquet d'ondes qui s'étale irréversiblement ?

Les chercheurs commencent par y discuter un fait connu depuis longtemps en mécanique quantique. Si l'on considère un paquet d’ondes de matière bien localisé dans le vide représentant initialement une particule qui l'est tout autant, alors ce paquet - dont le carré de la fonction d'onde le décrivant (qui est un nombre complexe) donne la probabilité de présence de la particule dans l'espace lors d'une mesure - va s'étaler irréversiblement dans l'espace, un peu comme le ferait la goutte d'encre précédente dans un océan (incidemment, l'équation de Schrödinger gouvernant l'évolution de ce paquet d'ondes est analogue à celle décrivant la diffusion de l'encre).

Les physiciens se penchent ensuite sur le cas où la particule n'est plus isolée et baigne dans un champ électromagnétique aussi faible que celui du rayonnement fossile. La faible perturbation peut conduire l'évolution du paquet d'ondes à s'inverser rigoureusement et spontanément dans le sens du temps, comme si l'on prenait le conjugué du nombre complexe associé. Mais l'effet resterait extrêmement faible et improbable. Pour s'en convaincre, il suffit de savoir qu'il se produirait une fois tous les 13,8 milliards d'années dans une population de 10 milliards d'électrons observés chaque seconde et que le renversement du sens de l'évolution dans le temps serait équivalent à ramener la particule à l'état qu'elle occupait au plus un dix milliardième de seconde dans le passé (attention, il ne s'agit pas de faire voyager une particule dans le temps pas plus que de remettre à sa place initiale un objet).

On voit donc que même avec une seule particule, l'effet de l'irréversibilité de l'évolution avec acte de mesure est déjà très fort en mécanique quantique et doit donc l'être encore plus avec plusieurs particules, ce qui semble conforter les idées que Landau avait à ce sujet.

Et si le cosmos était un ordinateur quantique ?

Les physiciens considèrent alors un cas un peu plus complexe et, qui plus est, que l'on peut simuler sur l'ordinateur quantique d’IBM en accès libre. En utilisant deux, puis trois qubits, ils simulent grosso modo une ou deux particules quantiques qui seraient équivalentes à des électrons en collision avec un centre diffusant le tout sur une ligne. On peut penser à une version en miniature d'un gaz avec des particules en collision ou des molécules d'une goutte d'encre dans de l'eau.

 

[Talon 1 16 680]

Le temps n'existe pas. Il est un concept mental.

[Extrazlove 1 093]

Voici le lien de l'article

https://forums.futura-sciences.com/commentez-actus-dossiers-definitions/846678-actu-lordinateur-quantique-dibm-viole-t-second-principe-de-thermodynamique.html

[Répy 22 863]

Extralove est satifait !

Il vient de dénicher un lièvre qui court plus vite que lui !

Il veut nous en faire profiter .....mais ce n'est qu'un sujet à la "extralove" !

Pour les journaleux, la mode actuelle est de compiler quelques infos et faire croire que l'hypothèse est géniale et sera la solution à nos interrogations métaphysiques !

[Alain75 20 893]

Surtout ne pas oublier les mots " quantique " et " multivers " si on veut vraiment se la péter.....

[Extrazlove 1 093]

Il y a des gens qui pensent comme moi c'est trop genial.

https://forums.futura-sciences.com/astronomie-astrophysique/587902-schematise-lunivers-un-pc-portable.html

[Boutetractyxreqs 592]

Il y a 1 heure, Extrazlove a dit :

Et si le cosmos était un ordinateur quantique ?

 

 

 

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Laurent Sacco

Journaliste

Publié le 15/03/2019 - Modifié le 18/03/2019

L'écoulement du temps paraît irréversible et cela semble paradoxal car les lfondamentales et microscopiques de la physique ne semblent pas faire de différence entre le passé et le futur, à part, peut-être, en mécanique quantique. Macroscopiquement, le second principe de la thermodynamique implique aussi une irréversibilité. On cherche à mieux comprendre ces contradictions, par exemple aujourd'hui avec un ordinateur quantique, celui d'IBM.

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Il existe en physique une énigme que l'on peut faire remonter à la seconde moitié du XIX^e siècle, lorsque l'on a commencé à mieux comprendre l'origine des connexions entre la mécanique et la thermodynamique, en particulier dans le cadre de la théorie cinétique des gaz de Ludwig Boltzmann, le fondateur avec Willard Gibbsde la mécanique statistique. Kelvin et Maxwell eux-mêmes avaient fait des contributions plus ou moins en rapport avec cette énigme qui est celle que nous appelons aujourd'hui l'origine de la flèche du temps.

Prenons l'exemple de deux boules de billard qui entrent en collision, elles s'approchent et se séparent. Si nous filmons cet évènement et que nous passons le film en sens inverse, nous ne trouverions en rien les images incongrues. Il en serait tout autrement si nous observions le film d'un verre brisé au sol dont les morceaux se rassembleraient spontanément pour former ce verre qui de plus remonterait vers la table d'où il avait chuté.

Nous pourrions aussi prendre l'exemple d'une goutte d'encre qui s'est diffusée dans un verre d'eau et qui se reconstituerait. Notre intuition nous soufflerait, là aussi, qu'un film a été passé à l'envers et que ce phénomène est tout aussi impossible que le précédent. Et pourtant...

Que ce soit dans l'exemple de cette goutte ou pour le verre brisé, nous avons affaire à des collections d'atomes en mouvement selon les lois de la mécanique qui sont les mêmes que celles pour des boules de billard, jusqu'à un certain point. Les équations mathématiques de ces lois ne changent pas lorsque l'on inverse le sens de l'écoulement du temps de sorte que les solutions de ces équations qui correspondraient à avoir des verres brisés ou des gouttes diffusées se reformer sont à prendre autant au sérieux que celles qui nous semblent les plus naturelles. D'où vient alors la différence dans les deux sens d'écoulement du temps, l'un semblant irréversible et l'autre une fiction mathématique ?

Personne ne connaît vraiment la réponse même si nous en avons quelques idées, notamment avec les principes de la mécanique quantiquedécrivant une mesure sur un système quantique et parfois en connexion avec des théories cosmologiques.

Une courte présentation de la notion de flèche du temps. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © The Royal Institution

La flèche du temps, une illusion ?

Cette flèche du temps peut en tout cas se relier au fameux second principe de la thermodynamique et à la notion d'irréversibilité dans l'évolution des systèmes physiques qui d'ailleurs peut s'illustrer avec le contenu du second principe qui repose sur le fait, expérimentalement constaté, que la chaleurs'écoule toujours spontanément d'un corps chaud à un corps froid et non l'inverse.

 

 

Mais, en fait, on peut arguer que cette irréversibilité ne l'est pas vraiment et qu'elle n'apparaît surtout que pour des objets contenant beaucoup de particules et considérés sur des durées longues mais pas trop. Poincaré a ainsi démontré, avec son célèbre théorème de récurrence, que si l'on attendait suffisamment longtemps, un système mécanique finirait toujours par revenir à son point de départ même s'il faut attendre pour cela un temps considérablement plus grand que l'âge du cosmos observable. À un moment, la goutte d'encre dans le verre d'eau se reformera.

Sans aller jusque-là, de toute façon, la densité d'encre est toujours fluctuante dans le verre de sorte que, par moment, elle diminue faiblement et très transitoirement sur de petites distances même si, macroscopiquement et en moyenne, on ne voit pas ces fluctuations. On a le même effet avec la chaleur et la température dans ce verre. On peut ainsi parler, dans un certain sens, de violations temporaires et microscopiques du second principe et de la notion d'irréversibilité.

Toutefois, et bien que des physiciens, comme Lev Landau, se soient posé la question d'une origine et d'une nature fondamentale de l'irréversibilité, et donc de la flèche du temps, en rapport avec le processus de la mesure d'une grandeur d'un système en physique quantique, on s'interroge depuis plusieurs années sur de possibles violations du second principe en physique quantique et surtout sur les moyens de contrôler ces violations comme le ferait le fameux démon de Maxwell.

On peut voir un des derniers avatars de ces réflexions dans les travaux menés par un groupe de physiciens de l'Institut de physique et de technologie de Moscou et de l'École polytechnique fédérale de Zurich (EPFZ, en allemand Eidgenössische Technische Hochschule Zürich ou ETHZ) qui viennent de publier avec un collègue de l'Argonne National Laboratory(États-Unis) un article à ce sujet dans la rubrique du journal Nature.

Quelques idées sur la flèche du temps en cosmologie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © TEDx Talks

Un paquet d'ondes qui s'étale irréversiblement ?

Les chercheurs commencent par y discuter un fait connu depuis longtemps en mécanique quantique. Si l'on considère un paquet d’ondes de matière bien localisé dans le vide représentant initialement une particule qui l'est tout autant, alors ce paquet - dont le carré de la fonction d'onde le décrivant (qui est un nombre complexe) donne la probabilité de présence de la particule dans l'espace lors d'une mesure - va s'étaler irréversiblement dans l'espace, un peu comme le ferait la goutte d'encre précédente dans un océan (incidemment, l'équation de Schrödinger gouvernant l'évolution de ce paquet d'ondes est analogue à celle décrivant la diffusion de l'encre).

Les physiciens se penchent ensuite sur le cas où la particule n'est plus isolée et baigne dans un champ électromagnétique aussi faible que celui du rayonnement fossile. La faible perturbation peut conduire l'évolution du paquet d'ondes à s'inverser rigoureusement et spontanément dans le sens du temps, comme si l'on prenait le conjugué du nombre complexe associé. Mais l'effet resterait extrêmement faible et improbable. Pour s'en convaincre, il suffit de savoir qu'il se produirait une fois tous les 13,8 milliards d'années dans une population de 10 milliards d'électrons observés chaque seconde et que le renversement du sens de l'évolution dans le temps serait équivalent à ramener la particule à l'état qu'elle occupait au plus un dix milliardième de seconde dans le passé (attention, il ne s'agit pas de faire voyager une particule dans le temps pas plus que de remettre à sa place initiale un objet).

On voit donc que même avec une seule particule, l'effet de l'irréversibilité de l'évolution avec acte de mesure est déjà très fort en mécanique quantique et doit donc l'être encore plus avec plusieurs particules, ce qui semble conforter les idées que Landau avait à ce sujet.

Et si le cosmos était un ordinateur quantique ?

Les physiciens considèrent alors un cas un peu plus complexe et, qui plus est, que l'on peut simuler sur l'ordinateur quantique d’IBM en accès libre. En utilisant deux, puis trois qubits, ils simulent grosso modo une ou deux particules quantiques qui seraient équivalentes à des électrons en collision avec un centre diffusant le tout sur une ligne. On peut penser à une version en miniature d'un gaz avec des particules en collision ou des molécules d'une goutte d'encre dans de l'eau.

 

 

Et si l'univers était un ordinateur quantique qui est un univers qui est un ordinateur quantique... Bienvenue dans la mise en abîme pour percevoir l'infini, l'infiniment grand.

L'infiniment grand, infini en temps, est éternel.

Le jour et la nuit s'opposent, se distinguent comme on oppose douleur et indolore. C'est a dire que si l'on confond le jour avec la nuit on risque de se faire pincer très fort.

C'est pourquoi le jour est le jour et la nuit, la nuit.

C'est la même avec le passé, le présent, le futur qui sont distinguables, opposables quant à leur utilité.

Par exemple le passé est le passé ce qui est indolore, le prendre, le confondre avec le présent ou le futur sera à conséquence douloureuse.

Donc le passé, le présent, le futur sont ce qu'ils sont car c'est ce qu'il y a de plus indolore et estimé positif qui soit.

 

[Répy 22 863]

il y a une heure, Boutetractyxreqs a dit :

....Par exemple le passé est le passé ce qui est indolore, le prendre, le confondre avec le présent ou le futur sera à conséquence douloureuse.

Donc le passé, le présent, le futur sont ce qu'ils sont car c'est ce qu'il y a de plus indolore et estimé positif qui soit.

Mais que vient faire la douleur dans une suite de propositions plus ou moins logiques ?

[Boutetractyxreqs 592]

il y a 2 minutes, Répy a dit :

Mais que vient faire la douleur dans une suite de propositions plus ou moins logiques ?

Si mettre un pied devant est indolore, mettre un pied devant alors qu'on est au bord d'une falaise, l'atterrissage risque d'être douloureux. Voilà ce en quoi la douleur peut avoir dans ces propositions plus ou moins logiques.

[Boutetractyxreqs 592]

 

Il y a 10 heures, Boutetractyxreqs a dit :

...Par exemple le passé est le passé ce qui est indolore, le prendre, le confondre avec le présent ou le futur sera à conséquence douloureuse.

Donc le passé, le présent, le futur sont ce qu'ils sont car c'est ce qu'il y a de plus indolore et estimé positif qui soit.

 

 

Il y a 8 heures, Répy a dit :

Mais que vient faire la douleur dans une suite de propositions plus ou moins logiques ?

 

Il y a 8 heures, Boutetractyxreqs a dit :

Si mettre un pied devant est indolore, mettre un pied devant alors qu'on est au bord d'une falaise, l'atterrissage risque d'être douloureux. Voilà ce en quoi la douleur peut avoir dans ces propositions plus ou moins logiques.

Si on confond absence de sol et présence de sol face à une falaise pour tenter d'y mettre le pied, il y aura un gros risque de douleur.

Cela doit être la même chose avec le passé, le présent et le futur.

 

 

 

[obelix39 181]

Il y a 10 heures, Boutetractyxreqs a dit :

Si mettre un pied devant est indolore, mettre un pied devant alors qu'on est au bord d'une falaise, l'atterrissage risque d'être douloureux. Voilà ce en quoi la douleur peut avoir dans ces propositions plus ou moins logiques.

Si on tourne le dos à la falaise, je ne vois pas où est la douleur ... 

[Boutetractyxreqs 592]

Il y a 5 heures, obelix39 a dit :

Si on tourne le dos à la falaise, je ne vois pas où est la douleur ... 

Si on croit qu'il y a le sol alors que non on met le pied. On n'aurait pas la réflexion de tourner le dos.

Ou sinon il y a l'exemple de confondre la pédale d'accélérateur et de freins d'une voiture, l'accident est assuré.

[obelix39 181]

il y a 20 minutes, Boutetractyxreqs a dit :

Ou sinon il y a l'exemple de confondre la pédale d'accélérateur et de freins d'une voiture, l'accident est assuré.

Là encore, si le moteur est à l'arrêt, il n'y a pas grand danger ... 

 

[Boutetractyxreqs 592]

il y a 19 minutes, obelix39 a dit :

Là encore, si le moteur est à l'arrêt, il n'y a pas grand danger ... 

 

Non mais si tu es en train de conduire une voiture et que tu te mets a confondre l'accélérateur et les freins...

Faut tout formaliser.

Si tu confonds droite et gauche et qu'on te dit qu'à gauche c'est le bord de la falaise et que tu vas a gauche en confondant avec la droite...

[zenalpha 8 684]

La fin de l'article n'est pas éditée et c'est bien dommage car la question de l'univers vu comme un ordinateur quantique en liaison avec ce problème de la flèche du temps y est abordé 

De manière exceptionnelle puisqu'Isaac Asimov y est cité, mon auteur préféré ayant abordé ce thème dans sa nouvelle intitulée "la dernière question"

Et puisque celà n'est pas expliqué me voici :

Asimov est un génie, un vrai.

Bien avant "le guide du voyageur galactique" de Douglas Adams qui fait référence à la célèbre question posée "sur le sens de la vie..." dont la réponse bien connue est 42 par "Deep thought", Asimov avait imaginé l'humanité interrogeant l'ordinateur le plus puissant 

Dans sa nouvelle, c'est cette question d'inversion de l'entropie qui est posée à Multivac, l'ordinateur le plus puissant de l'univers d'Asimov

Mais cette fois Multivac demande du temps et plus de données...

Il calcule il calcule...

L'humanité évolue...s'éteint...et Multivac calcule et calcule...

Puis après un temps infini qui assiste à la mort thermique de l'univers lui même...le grand ordinateur trouve la réponse !

Mais personne avec qui la partager...

Alors, Multivac prononce ces mots...

"Que la lumière soit...."

Une formidable réponse d'un ordinateur quantique sur le sujet de l'inversion de l'entropie...

[Boutetractyxreqs 592]