Des chercheurs ont relié des cristaux temporels, et ce n’est pas de la fiction

L’informatique quantique vient de connaître une avancée significative grâce aux travaux de chercheurs anglais sur une technologie expérimentale qui semble sortir tout droit de la science-fiction; dans un papier de recherche tout ce qu’il y a de plus réel, ils ont annoncé avoir relié deux cristaux temporels dans un même système qui pourrait un jour participer à l’émergence de l’informatique quantique à grande échelle..

Pour discuter de la portée de ces travaux, il faut commencer par s’intéresser à ces objets intrigants. En minéralogie, le terme de “cristal” désigne des solides dont la structure présente un motif qui se répète dans l’espace. Ces structures cristallines existent un peu partout dans notre environnement; on les trouve notamment dans la glace, le sel de table, les sucres, certains minéraux ou encore les métaux.

A l’échelle microscopique, ces cristaux présentent donc une structure en réseau; les atomes qui le composent s’emboîtent en suivant des règles bien précises, un petit peu comme des Lego nanométriques. Les atomes qui composent ces mailles sont donc plus ou moins verrouillés dans une même position. Si la structure change, c’est forcément à cause d’une force extérieure, par exemple une pression qui viendrait déformer ce maillage.

Des répétitions dans l’espace, mais surtout dans le temps

Mais comme souvent en physique quantique, la situation de ces cristaux temporels est très différente et assez peu intuitive. Ici, la structure n’est plus définie par les atomes en tant que tels, mais plutôt par les propriétés quantiques des particules qui les composent. Ces particules sont intimement liées et organisées au sein d’une structure bien définie, d’où la référence à la notion de cristal.

Contrairement aux cristaux traditionnels dont la structure se répète uniquement dans l’espace et reste figée, la structure d’un cristal temporel évolue en permanence selon un motif qui se répète dans le temps. Un comportement qu’on peut vulgairement assimiler aux oscillations d’une pendule – d’où le terme de cristal temporel. Et surtout, ils le font dans un état de très basse énergie, lorsqu’ils ne sont soumis à aucune force extérieure.

Un comportement qui ressemblerait presque à du mouvement perpétuel. C’est pourtant un non-sens total, par définition incompatible avec les lois de la physique newtonienne traditionnelle. Pour cette raison, les chercheurs ont longtemps considéré que les cristaux temporels étaient fondamentalement impossibles.

Un concept “impossible” qui commence à se concrétiser

Mais les progrès récents de la science nous ont rappelé que le tableau peut être très différent lorsqu’on regarde le problème à travers le prisme étrange de la physique quantique. C’est ainsi qu’en 2016, des chercheurs ont lâché une petite bombe dans le monde de la physique fondamentale avec la confirmation expérimentale du tout premier cristal temporel.

Et les travaux des chercheurs anglais constituent la dernière avancée remarquable dans ce domaine. Lorsqu’ils ont rapproché deux de ces cristaux temporels dans des conditions très particulières, ils ont observé des échanges de particules. Les deux cristaux ont alors créé un système unique capable d’exister dans deux états distincts à la fois. On parle alors de superposition quantique.

L’exemple le plus connu pour illustrer ce concept est le fameux chat de Schrödinger, dont on dit très vulgairement qu’il est “à la fois mort et vivant” tant qu’on n’a pas ouvert la fameuse boîte (voir Chat de Schrödinger).  Mais sans rentrer dans le détail, ce qui est important, c’est que cette propriété très particulière en fait d’excellents candidats pour devenir des qubits.

Il s’agit des unités fondamentales sur lesquelles repose l’informatique quantique (voir notre article). Même s’ils fonctionnent sur la base de principes physiques radicalement différents, ils jouent plus ou moins le même rôle que les bits en informatique traditionnelle; ils sont chargés de conserver collectivement de l’information en alternant entre plusieurs états distincts.

A la frontière de la science-fiction

Cela ne signifie pas pour autant que ces recherches vont propulser l’informatique quantique vers de nouveaux horizons dès aujourd’hui; les cristaux temporels sont encore trop récents et mal connus pour envisager de les intégrer à un vrai ordinateur quantique dans un futur proche. En revanche, c’est une preuve de concept très intéressante qui semble confirmer leur potentiel dans le cadre de cette application.

Pour résumer, ces cristaux temporels pourraient bien devenir l’un des éléments de base des ordinateurs quantiques du futur. En complément d’autres avancées en physique fondamentale mais aussi en science des matériaux (voir notre article), les travaux de ce genre participent donc à définir le futur de cette technologie. Il va encore falloir patienter de longues années, et potentiellement des décennies avant qu’elle ne se démocratise réellement; mais il s’agit bel et bien de l’avenir de l’informatique, même si ces concepts semblent encore tirés de la science-fiction aujourd’hui.

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