"Une nouvelle phase de la matière populairement connue sous le nom de cristal temporel que Google affirme avoir créé dans un ordinateur quantique" par Jacques Hallard

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Introduction et présentation générale du thème de ce dossier

Ce dossier s’ouvre par un préambule sur la physique de la matière condensée

Pour réaliser ce dossier, divers textes ont été réuni concernant l’existence du cristal temporel : « une structure périodique manifestée dans le temps et dans l’espace qui étend l’idée d’un cristal dans une dimension temporelle ».

« Avec ce qui pourrait être la première application utile de l’informatique quantique, les scientifiques de Google ont démontré l’existence de cette nouvelle phase de la matière » : Google a affirmé récemment avoir créé un cristal temporel dans un ordinateur quantique.

« L’informatique quantique est le sous-domaine de l’informatique qui traite des calculateurs quantiques utilisant des phénomènes de la mécanique quantique, par opposition à ceux de l’électricité exclusivement, pour l’informatique dite « classique ». Les phénomènes quantiques utilisés sont l’intrication quantique et la superposition. Les opérations ne sont plus basées sur la manipulation de bits dans un état 1 ou 0, mais de qubits en superposition d’états 1 et/ou 0… » - Source

Tout comprendre de l’informatique quantique - Par Daphne Leprince-Ringuet | Publié le mardi 24 sept. 2019 à 10:17 - Modifié le jeudi 16 sept. 2021 à 17:54 – « Technologie : Google, IBM, Microsoft et Amazon s’y intéressent tous, mais l’informatique quantique est encore largement méconnue. Explications sur une technologie qui pourrait bien bousculer notre futur ».

Sommaire :

Qu’est-ce que l’informatique quantique et comment fonctionne-t-elle ?
Qu’est-ce qu’un ordinateur quantique ?
Quelle est la différence entre un ordinateur quantique et un ordinateur classique ?
Comment les ordinateurs quantiques améliorent-ils les dispositifs classiques ?
Pourquoi l’informatique quantique est-elle si importante ?
A quoi sert un ordinateur quantique ?
Quels sont les différents types d’ordinateurs quantiques ?
Que pouvez-vous faire avec un ordinateur quantique aujourd’hui ?
Qu’est-ce que la suprématie quantique ?
Quel est l’usage actuel des ordinateurs quantiques ?
Qui va gagner la course à l’informatique quantique ?
Qu’en est-il des logiciels quantiques ?
Qu’est-ce que l’informatique quantique dans le cloud ?
A quoi ressemble l’industrie de l’informatique quantique aujourd’hui ?
Qui se prépare maintenant à l’informatique quantique ?
Réponses à lire sur ce site : https://www.zdnet.fr/pratique/tout-comprendre-a-l-informatique-quantique-39891035.htm

Autres sources d’information :

Ordinateur quantique : qu’est-ce que c’est ? (Lire la bio )Laurent Sacco Journaliste :https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-ordinateur-quantique-4348/

Informatique quantique : où en est-on ? - Par Patrick Randall (@patricknrandall) Publié le 13/12/21 à 14h00 - https://www.lesnumeriques.com/pro/informatique-quantique-ou-en-est-on-a172469.html

Technologie : l’informatique quantique, enjeu du siècle ? - 06 février 2021- Mise à jour 24.12.2021 à 15:51 par Pascal Hérard – « L’entreprise américaine de construction aérospatiale Honeywell a dévoilé son ordinateur quantique en 2020. Ici, des composants de cet ordinateur au processeur refroidi à l’azote liquide et de très grande taille, comme tous ses congénères ». « Le président français Emmanuel Macron a annoncé, le 21 janvier 2021, un ’Plan quantique’ à 1,8 milliard d’euros sur cinq ans, devant mener entre autres à la construction d’un ’ordinateur quantique hybride’ en 2023. Cette technologie, en cours de développement par les grandes nations, commence à inquiéter des spécialistes, qui appellent à une régulation éthique. L’ordinateur quantique — couplé à l’intelligence artificielle — serait-il l’enjeu majeur du XXIème siècle ? Explications.

A lire sur : https://information.tv5monde.com/info/technologie-l-informatique-quantique-enjeu-du-siecle-394828

Comme on peut le constater avec ces récentes informations, « Un effort mondial considérable est déployé pour concevoir un ordinateur capable d’exploiter la puissance de la physique quantique pour effectuer des calculs d’une complexité sans précédent. Bien que de formidables obstacles technologiques s’opposent encore à la création d’un tel ordinateur quantique, les premiers prototypes actuels sont capables d’exploits remarquables ».

Les 7 documents sélectionnés pour aider à pénétrer dans ce nouveau secteur de la recherche et des technologies qui en découlent : ils sont indiqués avec des liens dans le sommaire ci-après.

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Sommaire

Définition d’un cristal temporel d’après Wikipédia
Les cristaux temporels, pas si rares que ça - Publié le 08/05/2018 – Autrice : Lire la bio Nathalie Mayer Journaliste – Document ‘futura-sciences.com’
Le cristal temporel et le mouvement perpétuel – Par Octave Larmagnac-Matheron publié le 30 août 2021 – Document ‘philomag.com’
Technologie - Le cristal temporel, de Deleuze à Google – Par Octave Larmagnac-Matheron publié le 30 août 2021
Google affirme avoir créé un cristal temporel dans un ordinateur quantique, et c’est bien plus étrange que vous ne pouvez imaginer - Par Daphne Leprince-Ringuet
L’ordinateur quantique de Google a créé un « cristal temporel » - Par Fleur Brosseau - 16 septembre 2021
Actualités scientifiques : un cristal temporel dans un ordinateur quantique - Traduction du 02/01/2022 par Jacques Hallard d’un article en date du 30 novembre 2021 diffusé par ‘ScienceDaily’ sous le titre « Time crystal in a quantum computer »
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Définition d’un cristal temporel d’après Wikipédia
Un cristal temporel est une structure périodique dans le temps et l’espace. Il étend l’idée de cristal dans la dimension temporelle1,2, autrefois considéré comme impossible3.

Histoire et définition du concept

L’idée d’une telle structure a été proposée par Frank Wilczek en 2012 4. Selon ce dernier, il est possible de concevoir une structure composée d’un groupe de particules se déplaçant et retournant périodiquement à leur état d’origine, qui formeraient un « cristal temporel ». L’expression est forgée à partir de ce qui est observé dans un cristal « classique », dont la structure atomique montre une répétition d’un motif dans les différentes directions de l’espace. Dans un cristal temporel, en revanche, la répétition du motif se fait de manière périodique dans le temps, à la manière d’un oscillateur.

Selon Wilczek, cette idée est toutefois à distinguer d’un mouvement perpétuel (proscrit par les lois de la physique) car le cristal temporel n’émet aucune énergie, notamment par rayonnement de son énergie de rotation5. Cependant, une telle construction ne peut exister à l’équilibre thermodynamique 6. Aussi, seule une excitation périodique externe peut faire apparaître un cristal temporel, qui absorbe cependant de l’énergie, contrairement à la proposition de Frank Wilczek.

Symétrie par translation du temps et brisure de symétrie7 - Article détaillé : Brisure spontanée de symétrie.

L’idée de la symétrie par translation temporelle est que les lois de la physique (ou d’un système particulier) sont invariantes lorsque l’on se déplace dans le temps, c’est-à-dire qu’elles restent les mêmes dans le futur ou dans le passé. Cette symétrie entraine la conservation de l’énergie.

Brisure de symétrie dans les cristaux spatiaux - Article détaillé : Cristal.

Les cristaux spatiaux, c’est-à-dire les cristaux au sens usuel brisent la symétrie par translation spatiale : ce sont des arrangements périodiques d’atomes ou de molécules et ils ne sont pas invariants par translation ou rotation arbitraire, contrairement aux lois de la physique générales, et contrairement à la plupart des liquides ou gaz.

Les cristaux temporels brisent la symétrie par translation temporelle de façon similaire à une brisure de symétrie discrète par translation spatiale. Par exemple, les molécules d’un liquide qui se solidifie à la surface d’un cristal peuvent s’aligner avec les molécules du cristal, mais avec un arrangement moins symétrique que celui du cristal (plus espacé par exemple) : la symétrie initiale est brisée. Cette brisure de symétrie possède trois caractéristiques importantes :

le système possède une symétrie plus basse que celle de l’arrangement sous-jacent du cristal
le système possède un ordre spatial et temporel de longue portée (contrairement à un ordre local et intermittent d’un liquide à la surface d’un cristal)
elle est le résultat d’interactions entre les éléments du système, qui s’alignent les uns par rapport aux autres
Brisure de symétrie dans les cristaux temporels discrets

Les cristaux temporels brisent la symétrie par translation temporelle et se répètent périodiquement dans le temps, même si les lois du système sont invariantes par translation dans le temps. Les cristaux temporels actuellement étudiés brisent une symétrie par translation temporelle discrète : ce sont des systèmes forcés par une force extérieure périodique, et oscillent à une fraction de la fréquence de forçage. La symétrie initiale est donc déjà une symétrie discrète (t->t+nT) et non pas une symétrie continue (t->t’).

De nombreux systèmes ont un comportement de brisure spontanée de symétrie temporelle : les cellules de convection, les réactions chimiques oscillantes, les instabilités aéroélastiques, et les réponses sous-harmoniques à une force périodique comme les instabilités de Faraday et les échos de spin en RMN.

Mais les cristaux temporels (dits de Floquet), sont uniques en ce qu’ils obéissent à une définition stricte de la brisure de symétrie par translation temporelle discrète :

c’est une brisure de symétrie : le système oscille avec une fréquence plus basse que la force externe périodique
le système ne génère pas d’entropie, et (malgré le fait qu’il ne puisse pas être à l’équilibre), on peut trouver un référentiel dépendant du temps dans lequel le système ne peut pas être distingué d’un système à l’équilibre lorsqu’on le mesure périodiquement (ce qui n’est pas le cas de cellules de convection ou de réactions chimiques oscillantes)
le système possède un ordre spatial et temporel de longue portée : les oscillations sont en phase (synchronisés) sur des distances et temps arbitrairement grands
De plus, la brisure de symétrie des cristaux temporels est le résultat d’interactions entre les éléments du système, c’est-à-dire d’un processus collectif, comme pour un cristal spatial.

Cristaux temporels expérimentaux

En octobre 2016, des chercheurs de l’université du Maryland déclarent avoir créé le premier cristal temporel discret (discrete time crystal, ou DTC)8 à partir d’une chaîne de dix ions 171 Yb + (ytterbium) dans un piège de Paul. Un des deux états de spin a été sélectionné par une paire de faisceau laser. Les chercheurs ont observé des oscillations périodiques et synchronisées des spins étudiés9,10. À la différence des atomes de cristaux normaux, qui sont stables (c’est-à-dire résistants aux changements dans l’espace), les cristaux temporels ne peuvent exister à l’équilibre thermique (dans un système hors d’équilibre de type Floquet soumis à une excitation périodique qui donne des corrélations temporelles à des fréquences sous harmoniques de l’excitation) et donc nécessitent pour maintenir leurs oscillations un apport extérieur d’énergie qui fait apparaître les oscillations du cristal temporel, dans des conditions intrinsèques hors d’équilibre11. Cette découverte présente un intérêt pour l’informatique quantique 3,12.

Article complet avec notes et références : https://fr.wikipedia.org/wiki/Cristal_temporel

Le communiqué de presse l’université de Yale (en anglais)

Les cristaux temporels, pas si rares que ça - Publié le 08/05/2018 – Autrice :Lire la bio Nathalie Mayer Journaliste – Document ‘futura-sciences.com’
De concept théorique, le cristal temporel était devenu réalité physique en 2017. De nouvelles expériences semblent aujourd’hui indiquer que cet état de la matière pourrait ne pas être aussi rare que prévu. Et posent ainsi de nouvelles questions sur son origine.

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[En vidéo > voir à la source] - Tout est quantique : le spin d’une particule dévoilé par une expérience En physique quantique, le spin est une propriété des particules. Bien qu’il ne possède pas d’équivalent exact à l’échelle classique, on peut l’expliquer en le comparant à la polarisation d’un aimant. Tout est quantique revient en vidéo sur l’expérience de Stern et Gerlach qui a permis de mettre en évidence cette propriété.

Dans un cristal classique, les atomes sont disposés de manière ordonnée, selon un arrangement définissant leur état d’équilibre. Dans un cristal temporel, l’état quantique des atomes oscille périodiquement. Dans une direction puis dans une autre, à l’image du pendule d’une horloge. Une sorte de structure qui se répète dans l’espace... et dans le temps. Trouvant ainsi son état de repos. D’où leur nom.

L’existence de ce drôle d’état de la matière avait été prédite en 2012. Et en 2016, des chercheurs avaient révélé avoir réussi à créer un tel cristal temporel. « Une sorte de gelée qui tremble sans s’arrêter », expliquait alors Norman Yao, physicien à l’université de Berkeley (États-Unis).

Photo - Les cristaux de phosphate de monoammonium sont particulièrement faciles à faire croître. À tel point qu’on en trouve parfois dans les kits de petits chimistes destinés aux enfants. © gpointstudio, Fotolia

De nouvelles preuves de l’existence des cristaux temporels

Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Yale (États-Unis) annoncent avoir repéré la signature d’un cristal temporel au cœur de cristaux de phosphate de monoammonium (NH4H2PO4). Grâce à des impulsions radio, ils ont obtenu la rotation périodique des spins des noyaux de phosphore au cœur du cristal.

Parallèlement, des chercheurs indiens ont détecté la même signature dans un liquide, après avoir soumis des molécules en forme d’étoile à une série d’impulsions radio. De quoi ajouter encore un peu plus de mystère à cet état exotique de la matière — qui pourrait bien servir dans les futures mémoires des ordinateurs quantiques — et à la façon dont il se forme.

Liens externes :

Le 1er article scientifique (en anglais)

Le 2e article scientifique (en anglais)

Futura, Explorer le monde

https://www.offremedia.com/sites/default/files/vignette/article/nl1437-logo-futura.jpg

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-cristaux-temporels-pas-si-rares-ca-71127/

Le cristal temporel et le mouvement perpétuel – Par Octave Larmagnac-Matheron publié le 30 août 2021 – Document ‘philomag.com’
« Le plus grand bond en avant de l’histoire de l’informatique quantique » : les commentateurs n’ont pas mâché leurs mots à l’annonce, par le géant du numérique Google, de la mise au point du premier « cristal temporel ». Cette phase inédite de la matière a été théorisée dès 2012 par le prix Nobel Frank Wilczek, comme « structure périodique dans le temps et dans l’espace ». À l’instar du cristal de roche, qui reproduit le même motif sur chacune de ses facettes, le cristal temporel se réagence à intervalles réguliers pour former une série de figures. Le tout – et c’est bien l’enjeu – sans perte d’énergie !

Il s’agit là d’une remise en cause profonde de la seconde loi de la thermodynamique qui suppose – sous le nom d’entropie – que toute transformation d’un système s’accompagne d’une déperdition qui conduit inévitablement ce système physique vers sa mort par épuisement.

Le cristal temporel ouvre désormais la voie à un mouvement perpétuel sans usure. Une révolution qui n’est pas sans rapport avec ce que Deleuze a lui-même théorisé sous la notion de « cristal temporel ».

Source : https://www.philomag.com/articles/le-cristal-temporel-et-le-mouvement-perpetuel

Technologie - Le cristal temporel, de Deleuze à Google – Par Octave Larmagnac-Matheron publié le 30 août 2021
Portrait de Gilles Deleuze (philosophe), 1986. © Helene - BAMBERGER/Opale/Leemage

Google a récemment annoncé avoir réussi à créer un « cristal temporel », système physique répétant incessamment la même série de figures sans déperdition d’énergie. Une petite révolution qui semble prouver la possibilité, longtemps jugée impossible, d’un mouvement perpétuel. Éclairage avec Gilles Deleuze.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, l’idée de « cristal temporel » – ou, plus exactement, de « cristal de temps » – a été employée par Deleuze bien avant le grand bond en avant de l’informatique de ce début de millénaire. Le philosophe reprenait l’idée à son grand ami, Guattari. L’usage qu’il en fait dans Cinéma 2. L’image-temps (1985) n’a, en apparence, pas grand-chose à voir avec le cristal temporel comme « état de la matière ». Deleuze s’intéresse en effet, dans le cristal temporel, à la « perception […] pure » du temps. Les choses prennent une autre allure si l’on remarque que, dans le cristal temporel de Google, ce dont il est question, c’est avant tout de la matière dans son devenir, la matière en tant qu’elle se déploie – d’une manière ou d’une autre – comme temps. Se pencher sur la réflexion de Deleuze n’est pas, alors, dénué de sens puisque, de son point de vue, le temps n’est pas une succession d’instants passés, présents, et futurs. Pour comprendre le temps, il faut le comprendre à partir de sa « dilatation infinitésimale », à partir du « plus petit circuit qui fonctionne comme limite intérieure de tous les autres » et qu’il nomme, précisément, cristal.

Le cristal, en effet, accole « l’image actuelle à une sorte de double immédiat, symétrique, consécutif ou même simultané », son image « virtuelle soeur », déjà passée mais toujours présente, dans un état « d’indiscernabilité » qui, pour Deleuze, conduit à « la coalescence de l’image actuelle et de l’image virtuelle, l’image biface, actuelle et virtuelle à la fois ». Dans cette « unité indivisible », « l’indiscernabilité […] ne supprime pas la distinction des deux faces, mais la rend inassignable, chaque face prenant le rôle de l’autre dans une relation qu’il faut qualifier de présupposition réciproque, ou de réversibilité. »

« Distincts, mais indiscernables, tels sont l’actuel et le virtuel qui ne cessent de s’échanger ». L’image présente est « encore présente et déjà passée, à la fois, en même temps ». Et l’image virtuelle, passée mais toujours présente, est, au sens fort, le passé de ce présent déjà en train de passer. Elle n’est pas virtuelle au sens où elle aurait « à s’actualiser dans une autre image actuelle » à venir, mais parce qu’elle témoigne, dans un double mouvement vers l’avant et l’arrière, que le devenir du présent dont elle est l’image réside dans son évanouissement – sans que cette évanescence signifie une abolition absolue. « Le temps dédouble à chaque instant en présent et passé, qui diffèrent l’un de l’autre en nature, ou, ce qui revient au même, dédouble le présent en deux directions hétérogènes, dont l’une s’élance vers l’avenir et l’autre tombe dans le passé. » C’est ce que donne à voir le cristal temporel – cette virtualisation du présent – dont Deleuze trouve l’indice dans certains dispositifs cinématographiques.

Quel rapport, diriez-vous peut-être, avec le cristal temporel de Google ? Pour le saisir, il faut comprendre que pour Deleuze, si cette dilatation minimale et fondatrice du temps n’a de sens que dans la perception, elle n’est pas pour autant subjective. Elle n’a rien à voir, en ce sens, avec la mémoire et l’oubli, avec l’effort de préservation et l’inévitable déperdition, avec les aléas du psychisme. Le temps pur « se scinde en deux jets dissymétriques dont l’un fait passer tout le présent, et dont l’autre conserve tout le passé », sans aucune dissipation. Sous sa forme cristalline, « À chaque présent correspond une ligne verticale qui l’unit en profondeur à son propre passé, comme au passé des autres présents, constituant entre eux tous une seule et même coexistence, une seule et même contemporanéité, l’“internel”. » Par conséquent, il faut encore dire que « tout cristal est infini en droit ».

Le cristal de Google fonctionne exactement sur ce principe : celui d’un devenir qui ne s’épuise pas, qui ne dissipe aucune énergie puisqu’il n’en consomme pas, d’un devenir perpétuel qui se poursuit à l’infini en défiant le principe même de « formidable entropie » (Deleuze), de déperdition énergétique constante qui conduit, inéluctablement, à la « mort » du système. Le cristal temporel qui vient d’être créé est comme l’image, la transposition matérielle quasi parfaite d’un déploiement du temps sans friction, sans frottement, sans accroche, où les formes virtuelles et actuelles s’enlacent sans interruption selon un processus infini. Un temps qui ne meurt jamais et dont tous les moments s’écoulent les uns dans les autres sans enjeu, sans urgence, sans rivalité. Au coeur de « l’internité », leur passage ne se fait pas, en effet, au détriment des autres : parce qu’il n’y a pas de terme, pas d’instant final, pas d’état ultime, le temps glisse uniformément, sans résistance.

Le cristal temporel de Google aurait sans doute intéressé Deleuze. Mais sans doute aussi l’aurait-il quelque peu inquiété. Le cristal dont il parle, c’est en effet l’être même du temps, dont nous n’avons jamais d’expérience directe. Que celui-ci se trouve figuré quelque part, au coeur de la vie humaine, est une tout autre affaire. L’expérience pure du temps a, en effet, quelque chose d’inhumain. Comme le note Deleuze, « le cristal ne retient que la mort ». Mais cette mort n’est, précisément pas, une disparition, puisque le cristal retient tout. La vie dans ce temps sans fin, sans déperdition, où le virtuel omniprésent est presque aussi présent que l’actuel, et l’actuel presque complètement vaporisé en virtuel, a quelque chose d’insupportable. Pour vivre, il faut creuser dans le cristal une « fêlure », un « crapaud », il faut « sortir du cristal. Alors le réel sera créé, en même temps qu’il échappe à l’éternel renvoi de l’actuel et du virtuel, du présent et du passé. » Pour que le présent puisse exister, il faut que le virtuel s’enfonce en partie dans le néant.

Hasard des circonstances, c’est dans le champ de l’informatique – soit le support du virtuel par excellence – que le cristal matériel a été créé aujourd’hui. Quel sera l’avenir de l’infrastructure numérique qui enserre déjà notre monde dans des proportions considérables, dès lors qu’il s’appuiera sur la technologie du cristal temporel ? Quelle place ménagera-t-il à la « vie », si celle-ci ne peut aller sans une déliquescence entropique du temps ?

Source : https://www.philomag.com/articles/le-cristal-temporel-de-deleuze-google

Google affirme avoir créé un cristal temporel dans un ordinateur quantique, et c’est bien plus étrange que vous ne pouvez imaginer - Par Daphne Leprince-Ringuet | Jeudi 05 Août 2021
Technologie - Avec ce qui pourrait être la première application utile de l’informatique quantique, les scientifiques de Google ont démontré l’existence d’une nouvelle phase de la matière.

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Dans un nouveau document de recherche, les scientifiques de Google affirment avoir utilisé un processeur quantique pour une application scientifique utile : l’observation d’un véritable cristal de temps.

Si le terme ’cristal de temps’ fait penser à de la science-fiction, c’est parce que c’est le cas. Les cristaux de temps ne sont rien de moins qu’une nouvelle ’phase de la matière’, selon les termes des chercheurs. Cela est théorisé depuis quelques années déjà comme un nouvel état qui pourrait potentiellement rejoindre les rangs des solides, des liquides, des gaz, des cristaux, etc… L’article universitaire doit cependant encore faire l’objet d’un examen par les pairs.

Les cristaux de temps sont également difficiles à trouver. Mais les scientifiques de Google déclarent à présent, de manière plutôt excitante, que leurs résultats établissent une ’approche évolutive’ pour étudier les cristaux de temps sur les processeurs quantiques actuels.

Les systèmes tendent naturellement vers un état ayant l’énergie la plus faible possible

Pour comprendre pourquoi les cristaux temporels sont intéressants, il faut avoir quelques notions de physique. Et notamment connaître la deuxième loi de la thermodynamique. Elle stipule que les systèmes tendent naturellement vers un état état ayant l’énergie la plus faible possible, également appelé équilibre thermique. C’est pourquoi un glaçon fond dans un verre d’eau à température ambiante, par exemple.

Cette tendance irrésistible à l’équilibre thermique, décrite dans la deuxième loi de la thermodynamique, reflète le fait que toutes les choses tendent à évoluer vers des états moins utiles et aléatoires. Au fil du temps, les systèmes dégénèrent inévitablement en chaos et en désordre, une notion connue sous le nom d’entropie.

Les cristaux de temps, en revanche, ne parviennent pas à s’installer en équilibre thermique. Au lieu de dégénérer lentement vers l’aléatoire, ils restent coincés dans deux configurations à haute énergie entre lesquelles ils passent - et ce processus de va-et-vient peut durer éternellement, dans ce que les scientifiques appellent le ’mouvement perpétuel’.

’Les seuls cristaux de temps stables que nous avons envisagés dans des systèmes fermés relèvent de la mécanique quantique’

Pour mieux expliquer ce phénomène, Curt von Keyserlingk, maître de conférences à l’école de physique et d’astronomie de l’université de Birmingham, qui n’a pas participé à la dernière expérience de Google, sort quelques diapositives d’un exposé d’introduction aux futurs étudiants de premier cycle. ’Ils font généralement semblant de comprendre, alors cela pourrait être utile’, prévient von Keyserlingk à ZDNet.

Tout commence par une expérience de pensée. Prenez une boîte dans un système fermé et isolé du reste de l’univers. Mettez-y quelques dizaines de pièces de monnaie et secouez-la un million de fois. En rebondissant les unes sur les autres, les pièces changent de position au hasard. Un état de plus en plus chaotique. En ouvrant la boîte, on s’attend à ce que la moitié des pièces soient sur le côté pile et l’autre moitié sur le côté face.

Peu importe que l’expérience ait commencé avec plus de pièces sur le côté pile ou plus de pièces sur le côté face : le système oublie la configuration initiale et devient de plus en plus aléatoire et chaotique à mesure qu’il est secoué.

Ce système fermé, lorsqu’il est traduit dans le domaine quantique, est le cadre parfait pour tenter de trouver des cristaux de temps. ’Les seuls cristaux de temps stables que nous avons envisagés dans des systèmes fermés relèvent de la mécanique quantique’, explique M. von Keyserlingk.

Les cristaux temporels défient toute attente

C’est là qu’intervient le processeur quantique de Google, Sycamore. Il est bien connu pour avoir atteint la suprématie quantique, et les utilisateurs actuels cherchent maintenant une sorte d’application utile pour l’informatique quantique.

Un processeur quantique, par définition, est un outil parfait pour reproduire un système mécanique quantique. Dans ce scénario, l’équipe de Google a représenté les pièces de monnaie dans la boîte par des qubits tournant vers le haut et vers le bas dans un système fermé. Et au lieu de secouer la boîte, ils ont appliqué un ensemble d’opérations quantiques spécifiques qui peuvent changer l’état des qubits. Ce qu’ils ont répété plusieurs fois.

C’est ici que les cristaux de temps défient toute attente. En observant le système après un certain nombre d’opérations, ou de secousses, on constate que la configuration des qubits n’est pas aléatoire, mais ressemble plutôt à la configuration initiale.

Le cristal temporel n’oublie pas

’Le premier ingrédient d’un cristal temporel est qu’il se souvient de ce qu’il faisait au départ. Il n’oublie pas’, explique M. von Keyserlingk. ’Le système de pièces dans une boîte oublie, mais pas un système de cristal de temps’.

Et cela ne s’arrête pas là. Si vous secouez le système un nombre de fois pair, vous obtiendrez une configuration similaire à celle d’origine. Mais si vous le secouez un nombre de fois impair, vous obtiendrez une autre configuration, dans laquelle pile est devenue face et vice-versa.

Et quel que soit le nombre d’opérations effectuées sur le système, il basculera toujours, faisant régulièrement l’aller-retour entre ces deux états.

Rupture de la symétrie du temps

Les scientifiques appellent cela une rupture de la symétrie du temps. C’est pourquoi les cristaux de temps sont appelés ainsi. En effet, l’opération effectuée pour stimuler le système est toujours la même, et pourtant la réponse ne survient qu’une fois sur deux.

’Dans l’expérience de Google, ils effectuent une série d’opérations sur cette chaîne de spins, puis ils refont exactement la même chose, encore et encore. Ils font la même chose au centième pas qu’au millionième pas, s’ils vont aussi loin’, explique M. von Keyserlingk. ’Ils soumettent donc le système à un ensemble de conditions symétriques, et pourtant le système réagit d’une manière qui brise cette symétrie. C’est la même chose toutes les deux périodes au lieu de toutes les périodes. C’est ce qui en fait littéralement un cristal temporel.’

Le comportement des cristaux de temps, d’un point de vue scientifique, est fascinant. Contrairement à tous les autres systèmes connus, ils ne tendent pas vers le désordre et le chaos. Contrairement aux pièces de monnaie dans la boîte, ils s’opposent à la loi de l’entropie en restant bloqués dans un état spécial, celui du cristal de temps.

Un précédent au Pays-Bas

En d’autres termes, ils défient la deuxième loi de la thermodynamique, qui définit la direction que prennent tous les événements naturels. Réfléchissez-y un instant.

Ces systèmes spéciaux ne sont pas faciles à observer. Les cristaux de temps sont un sujet d’intérêt depuis 2012, lorsque le professeur du MIT Frank Wilczek, lauréat du prix Nobel, a commencé à y réfléchir. Et la théorie a été réfutée, débattue et contredite à de nombreuses reprises depuis lors.

Plusieurs tentatives ont été faites pour créer et observer des cristaux de temps à ce jour, avec plus ou moins de succès. Ce n’est que le mois dernier qu’une équipe de l’université technologique de Delft, aux Pays-Bas, a publié une étude montrant qu’elle avait construit un cristal de temps dans un processeur en diamant, bien qu’il s’agisse d’un système plus petit que celui revendiqué par Google.

Cette expérience ne prouve en rien la question de la suprématie quantique

Les chercheurs du géant de la recherche ont utilisé une puce contenant 20 qubits pour servir de cristal de temps - beaucoup plus, selon von Keyserlingk, que ce qui a été réalisé jusqu’à présent et que ce qui pourrait être réalisé avec un ordinateur classique.

Avec un ordinateur portable, il est assez facile de simuler environ 10 qubits, explique von Keyserlingk. Au-delà, les limites du matériel actuel sont vite atteintes : chaque qubit supplémentaire nécessite une quantité exponentielle de mémoire.

Le scientifique se garde bien d’affirmer que cette nouvelle expérience est une démonstration de la suprématie quantique. ’Ils ne sont pas encore assez loin pour que je puisse dire que c’est impossible à faire avec un ordinateur classique, parce qu’il pourrait y avoir une façon intelligente de le faire sur un ordinateur classique à laquelle je n’ai pas pensé’, dit von Keyserlingk. ’Mais je pense que c’est de loin la démonstration expérimentale la plus convaincante d’un cristal temporel à ce jour’.

Les cristaux temporels ne sont pas près de trôner dans nos salons

La portée et le contrôle de l’expérience de Google signifient qu’il est possible d’examiner les cristaux temporels pendant plus longtemps, d’effectuer des séries de mesures détaillées, de faire varier la taille du système, etc. En d’autres termes, il s’agit d’une démonstration utile qui pourrait véritablement faire progresser la science - et, à ce titre, elle pourrait être essentielle pour montrer le rôle central que les simulateurs quantiques joueront pour permettre des découvertes en physique.

Il y a, bien sûr, quelques mises en garde. Comme tous les ordinateurs quantiques, le processeur de Google souffre toujours de la décohérence, qui peut entraîner une dégradation des états quantiques des qubits et signifie que les oscillations des cristaux de temps s’éteignent inévitablement lorsque l’environnement interfère avec le système. L’auteur de l’étude affirme toutefois que ce problème pourrait être atténué à mesure que le processeur est mieux isolé.

Une chose est sûre : les cristaux temporels ne sont pas près de trôner dans nos salons, car les scientifiques n’ont pas encore trouvé d’application utile définitive pour eux. Il est donc peu probable que l’expérience de Google ait eu pour but d’explorer la valeur commerciale des cristaux de temps. Elle montre plutôt ce qui pourrait être une autre application précoce de l’informatique quantique, et une nouvelle démonstration des prouesses technologiques de l’entreprise dans un nouveau domaine de développement très concurrentiel.

Source : ’ZDNet.com’

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L’ordinateur quantique de Google a créé un « cristal temporel » - Par Fleur Brosseau - 16 septembre 2021 - Photo
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L’objet défie les lois de la physique et pourrait révolutionner le fonctionnement des futurs ordinateurs. Des scientifiques affirment avoir réussi à créer un cristal temporel pendant environ 100 secondes, au cœur du processeur quantique ‘Sycamore’ de Google. C’est la première fois que cette étrange et fascinante matière a pu être observée suffisamment longtemps pour être étudiée.

Un cristal temporel est un concept qui a été présenté pour la première fois en 2012 par le physicien américain Frank Wilczek ; le terme désigne une structure composée d’un groupe de particules ordonnées selon un motif répété, tel un cristal classique, mais qui se déplacent et retournent à leur état d’origine de façon périodique, tel un oscillateur. En d’autres termes, l’arrangement des cristaux standards se répète dans l’espace, tandis que celui des cristaux temporels se répète dans le temps.

Mais surtout, ils sont capables de passer indéfiniment d’un état à l’autre sans apport d’énergie, comme une horloge à mouvement perpétuel, et sans jamais en perdre non plus. Ainsi, ces cristaux vont à l’encontre de l’une des lois les plus importantes de la physique, le deuxième principe de la thermodynamique, qui stipule que toute transformation d’un système s’accompagne d’une augmentation d’entropie (qu’on peut assimiler au « désordre » du système). Bien qu’ils existent dans un état de flux constant, ces cristaux restent stables. Ils constituent en quelque sorte une nouvelle phase de la matière.

Comme un pendule qui ne cesse de se balancer

Tous les systèmes tendent à évoluer vers un état plus désordonné, où l’énergie est répartie uniformément. Mais les cristaux temporels ne suivent pas cette règle fondamentale. Au lieu de s’approcher lentement de l’équilibre thermique — de manière à ce que leur énergie ou leur température soit également répartie dans leur environnement —, ils restent coincés entre deux états d’énergie supérieurs à cet état d’équilibre, passant indéfiniment de l’un à l’autre.

Pour expliquer ce comportement, Kurt von Keiserling, physicien à l’Université de Birmingham, fait l’analogie avec une boîte scellée remplie de pièces de monnaie, que l’on secouerait un million de fois. À mesure que les pièces ricochent et rebondissent les unes sur les autres, elles « deviennent de plus en plus chaotiques, explorant toutes les sortes de configurations possibles » jusqu’à ce que les secousses s’arrêtent et que la boîte soit ouverte : les pièces se retrouvent alors dans une configuration aléatoire, avec environ la moitié des pièces côté pile et l’autre moitié côté face — et ce, quelle que soit la façon dont les pièces étaient disposées au départ.

Il faut à présent considérer les qubits du processeur quantique de Google comme ces pièces de monnaie. De la même manière que les pièces de monnaie peuvent se retrouver du côté pile ou face, les qubits peuvent prendre la valeur 1 ou 0, ou plutôt, une superposition de ces deux états de base. « Ce qui est étrange avec les cristaux temporels, c’est qu’aucune secousse, aucun passage d’un état à un autre, ne peut faire passer les qubits du cristal dans l’état d’énergie le plus bas, qui est une configuration aléatoire », souligne von Keiserling. Les qubits ne peuvent que passer de leur état initial à leur deuxième état, puis revenir en arrière. « Cela n’a pas l’air aléatoire. […] C’est comme si [le cristal] se souvenait de son apparence initiale et qu’il répétait ce schéma au fil du temps ».

Un cristal temporel est donc comme un pendule qui ne cesse de se balancer. Mais aucun objet à grande échelle ne peut se comporter comme tel ; même un pendule complètement isolé de toute friction et de toute résistance à l’air finira pas s’arrêter. « L’énergie commence par être concentrée dans le centre de masse du pendule, mais il y a tous ces degrés de liberté internes — comme les façons dont les atomes peuvent vibrer à l’intérieur de la tige — dans lesquels elle sera finalement transférée », explique Achilleas Lazarides, physicien de l’Université de Loughborough. Seule la mécanique quantique permet aux cristaux temporels d’exister.

La preuve d’une nouvelle phase de la matière

Dans le monde quantique, les objets se comportent à la fois comme des particules ponctuelles et comme de petites ondes, lesquelles définissent la probabilité de présence d’une particule. Le hasard peut faire que l’onde de probabilité s’annule partout, sauf sur une petite région : la particule devient alors localisée.

Les chercheurs ont utilisé ce processus de localisation comme base de leur expérience. Ils ont utilisé 20 bandes d’aluminium supraconducteur pour créer leurs qubits, puis ont programmé chacun d’eux dans l’un des deux états possibles. En projetant un faisceau de micro-ondes sur les bandes, ils ont alors pu faire passer leurs qubits d’un état à l’autre. L’équipe a répété l’expérience des dizaines de milliers de fois, s’arrêtant à différents endroits pour enregistrer les états dans lesquels se trouvaient les qubits. Ils ont alors constaté que ces derniers n’alternaient qu’entre deux configurations, et qu’ils n’absorbaient pas de chaleur issue du faisceau de micro-ondes : ils avaient donc créé un cristal temporel.

Ils ont également pu prouver que leur cristal temporel était une phase de la matière. Pour qu’un élément soit considéré comme tel, il doit généralement être très stable face aux fluctuations. En effet, les solides ne fondent pas si la température ambiante varie légèrement, tout comme de légères fluctuations n’entraînent pas l’évaporation ou la congélation soudaine des liquides. Or, en modifiant légèrement la température du faisceau de micro-ondes utilisé, les chercheurs ont constaté que les qubits continuaient à basculer d’un état à l’autre.

Autre caractéristique du passage d’une phase à une autre : la rupture des symétries physiques, autrement dit l’idée que les lois physiques soient les mêmes pour un objet en tout point du temps ou de l’espace. De la même manière que l’eau que l’on refroidit en dessous de 0° C devient un cristal dans l’espace en brisant la symétrie spatiale, les cristaux temporels deviennent comme tel en brisant la symétrie temporelle. Avant leur transformation en phase de cristal temporel, les qubits affichent une symétrie continue à chaque moment. Mais les qubits finissent par rompre avec la symétrie discrète de translation temporelle imposée par le faisceau périodique de micro-ondes. Ce sont les premiers objets connus capables de faire cela.

Mais comme tous les ordinateurs quantiques, le ‘Sycamore de Google souffre de décohérence, ce qui peut provoquer une dégradation des états quantiques des qubits, et signifie que les oscillations des cristaux temporels s’atténuent inévitablement lorsque l’environnement interfère avec le système. Les chercheurs travaillent donc à isoler plus efficacement leur processeur pour remédier au problème. Si Google s’intéresse de près aux cristaux temporels, c’est parce qu’ils peuvent potentiellement alimenter des ordinateurs quantiques ultra-puissants, capables d’effectuer des calculs à grande échelle beaucoup plus rapidement qu’un superordinateur standard.

Source : arXiv, X. Mi et al.

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Actualités scientifiques : un cristal temporel dans un ordinateur quantique - Traduction du 02/01/2022 par Jacques Hallard d’un article en date du 30 novembre 2021 diffusé par ‘ScienceDaily’ sous le titre « Time crystal in a quantum computer » ; accessible sur ce site : https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211130130231.htm
Source initiale : Université de Stanford > [La Leland Stanford Junior University, plus connue sous le nom d’université Stanford, est l’une des plus prestigieuses universités américaines. Située au cœur de la Silicon Valley, séparée de Palo Alto par l’avenue El Camino Real, elle a notamment participé à l’élaboration d’Internet. Son nom en français devrait être « université Stanford » et non « université de Stanford », forme incorrecte mais fréquente. En effet, elle tire son nom du fils de ses fondateurs, Leland et Jane Stanford, homme d’affaires et homme politique américain du XIXe siècle… » Article complet sur ce site : https://www.techno-science.net/glossaire-definition/Universite-Stanford.html ].

Résumé : Des chercheurs ont créé et observé une nouvelle phase de la matière, populairement connue sous le nom de cristal temporel.

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Photo - Informatique quantique, | Crédit : © phonlamaiphoto / stock.adobe.com - L’informatique quantique, illustration d’un concept abstrait (image de stock). Crédit : © phonlamaiphoto / stock.adobe.com

Un effort mondial considérable est déployé pour concevoir un ordinateur capable d’exploiter la puissance de la physique quantique pour effectuer des calculs d’une complexité sans précédent. Bien que de formidables obstacles technologiques s’opposent encore à la création d’un tel ordinateur quantique, les premiers prototypes actuels sont encore capables d’exploits remarquables.

Par exemple, la création d’une nouvelle phase de la matière appelée ’cristal temporel’. Tout comme la structure d’un cristal se répète dans l’espace, un cristal de temps se répète dans le temps et, surtout, le fait à l’infini et sans apport d’énergie supplémentaire - comme une horloge qui fonctionnerait à l’infini sans pile. La réalisation de cette phase de la matière est un défi de longue date, tant sur le plan théorique qu’expérimental, qui vient enfin de porter ses fruits.

Dans une étude publiée le 30 novembre 2021 dans la revue scientifique ‘Nature’, une équipe de scientifiques de l’université de Stanford, de ‘Google Quantum AI’, de l’Institut Max Planck de physique des systèmes complexes et de l’université d’Oxford, détaille la création d’un cristal temporel à l’aide du matériel d’informatique quantique ‘Sycamore’ de Google.

’L’idée générale est que nous prenons les appareils qui sont censés être les ordinateurs quantiques du futur et que nous les considérons comme des systèmes quantiques complexes à part entière’, a déclaré Matteo Ippoliti, chercheur postdoctoral à Stanford et co-auteur principal de ces travaux. ’Au lieu de calculer, nous utilisons l’ordinateur comme une nouvelle plateforme expérimentale pour réaliser et détecter de nouvelles phases de la matière.’

Pour l’équipe, l’excitation de leur réalisation ne réside pas seulement dans la création d’une nouvelle phase de la matière, mais aussi dans l’ouverture de possibilités d’explorer de nouveaux régimes dans leur domaine de la physique de la matière condensée, qui étudie les phénomènes et propriétés inédits engendrés par les interactions collectives de nombreux objets dans un système. (Ces interactions peuvent être bien plus riches que les propriétés des objets individuels)…

’Les cristaux temporels sont un exemple frappant d’un nouveau type de phase quantique de la matière hors équilibre’, a déclaré Vedika Khemani, professeur adjoint de physique à Stanford et auteur principal de l’article. ’Alors qu’une grande partie de notre compréhension de la physique de la matière condensée est basée sur des systèmes à l’équilibre, ces nouveaux dispositifs quantiques nous offrent une fenêtre fascinante sur de nouveaux régimes de non-équilibre dans la physique des corps multiples.’

[Addenda - Vedika Khemani – Traduction par Jacques Hallard de Wikipedia, l’encyclopédie libre

Alma mater :	Princeton University Harvey Mudd College La Martiniere Calcutta

Carrière scientifique - Thèse : Quantum order, entanglement and localization in many body systems. (2016), Ordre quantique, intrication et localisation dans de nombreux systèmes corporels. (2016) - Conseiller doctoral Shivaji Sondhi

Vedika Khemani (née en 1988) est une physicienne indienne-américaine et professeur adjoint à l’université de Stanford. Ses recherches portent sur les systèmes à corps multiples et la physique de la matière condensée. Elle a reçu le prix George E. Valley Jr. de l’American Physical Society en 2021.

Vie et éducation - Khemani est née en Inde et a fait ses études secondaires à La Martiniere Calcutta. Elle s’est installée aux États-Unis pour étudier la physique au Harvey Mudd College, où elle a rédigé une thèse sur l’holographie gravitationnelle. Sa thèse de premier cycle a été récompensée par le Thomas Benjamin Brown Memorial Award. Parallèlement à ses cours de physique, Mme Khemani a suivi des cours d’économie, de linguistique et de création littéraire [1]. Elle a également pris part à des programmes de robotique et a participé à des compétitions nationales de robotique. Après avoir obtenu son diplôme de premier cycle en 2010, elle est entrée à l’université de Princeton en tant qu’étudiante diplômée [1], où elle a travaillé sur les phases de non-équilibre de la matière dans les cristaux de Floquet.

Recherche et carrière - Dans le cadre de ses recherches doctorales, Mme Khemani a fait partie d’une équipe qui a identifié une nouvelle phase de la matière, connue aujourd’hui sous le nom de cristal temporel de Floquet. De tels cristaux démontrent une rupture spontanée de la symétrie de translation temporelle [2][3]. Dans les cristaux conventionnels, les atomes sont disposés selon des motifs réguliers et ordonnés, alors que dans les cristaux temporels, ils sont disposés à la fois dans l’espace et dans le temps [3][4] En 2016, Khemani a été nommée membre junior de la Harvard Society of Fellows [5][6].

Source de l’article complet : https://en.wikipedia.org/wiki/Vedika_Khemani ].

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Ce qu’est et ce que n’est pas un cristal de temps ou cristal temporal

Les ingrédients de base pour fabriquer ce cristal temporel sont les suivants : l’équivalent physique d’une mouche des fruits et quelque chose pour lui donner un coup de pouce. La mouche du coche de la physique est le modèle d’Ising, un outil de longue date permettant de comprendre divers phénomènes physiques, notamment les transitions de phase et le magnétisme, qui consiste en un réseau dont chaque site est occupé par une particule pouvant se trouver dans deux états, représentés par un spin haut ou bas.

[Addenda - Le modèle d’Ising est un modèle de physique statistique. Il a été utilisé pour modéliser différents phénomènes dans lesquels des effets collectifs sont produits par des interactions locales entre particules à deux états. L’exemple principal est le ferromagnétisme pour lequel le modèle d’Ising est un modèle sur réseau de moments magnétiques, dans lequel les particules sont toujours orientées suivant le même axe spatial et ne peuvent prendre que deux valeurs, +M et -M. Ce modèle est parfois appelé modèle de Lenz-Ising. Il doit son nom aux physiciens Wilhelm Lenz et Ernst Ising… » - Article complet sur ce site : https://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_d%27Ising ].

Suite de la traduction de l’article >

Au cours de ses études supérieures, Mme Khemani, son directeur de thèse, Shivaji Sondhi, alors à l’université de Princeton, ainsi qu’Achilleas Lazarides et Roderich Moessner, de l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes, sont tombés sur cette recette de fabrication de cristaux temporels sans le vouloir. Ils étudiaient des systèmes localisés à plusieurs corps en non-équilibre - des systèmes dans lesquels les particules restent ’coincées’ dans l’état dans lequel elles ont commencé et ne peuvent jamais se relaxer vers un état d’équilibre. Ils souhaitaient explorer les phases qui pourraient se développer dans de tels systèmes lorsqu’ils sont périodiquement ’secoués’ par un laser. Non seulement ils ont réussi à trouver des phases de non-équilibre stables, mais ils en ont trouvé une où les spins des particules basculent entre des motifs qui se répètent dans le temps à l’infini, à une période double de la période de commande du laser, créant ainsi un cristal de temps ou cristal temporel.

L’impulsion périodique du laser établit un rythme spécifique à la dynamique. Normalement, la ’danse’ des spins devrait se synchroniser avec ce rythme, mais dans un cristal temporel, ce n’est pas le cas. Au lieu de cela, les spins passent d’un état à l’autre et n’achèvent un cycle qu’après avoir été frappés deux fois par le laser. Cela signifie que la ’symétrie de translation temporelle’ du système est brisée. Les symétries jouent un rôle fondamental en physique et sont souvent brisées, ce qui explique l’origine des cristaux réguliers, des aimants et de nombreux autres phénomènes. Toutefois, la symétrie de translation temporelle se distingue des autres symétries par le fait qu’elle ne peut pas être brisée en équilibre. Le coup de pied périodique est une faille qui rend les cristaux de temps possibles.

[Addenda – Symétrie de translation du temps - Cet article porte sur la symétrie de traduction temporelle (TTS). Pour la symétrie d’inversion temporelle, voir T-symétrie .

La symétrie de translation temporelle ou la symétrie de translation temporelle ( TTS ) est une transformation mathématique en physique qui déplace les moments des événements à travers un intervalle commun. La symétrie de translation temporelle est l’hypothèse que les lois de la physique sont inchangées (c’est-à-dire invariantes) sous une telle transformation. La symétrie par translation temporelle est une manière rigoureuse de formuler l’idée que les lois de la physique sont les mêmes tout au long de l’histoire. La symétrie de translation temporelle est étroitement liée, via le théorème de Noether, à la conservation de l’énergie. [1] En mathématiques, l’ensemble des traductions en tout temps sur un système donné forme un groupe de Lie.Outre la translation temporelle, il existe de nombreuses symétries dans la nature, telles que la translation spatiale ou les symétries de rotation. Ces symétries peuvent être brisées et expliquer divers phénomènes tels que les cristaux, la supraconductivité et le mécanisme de Higgs. [2] Cependant, on pensait jusqu’à très récemment que la symétrie de traduction du temps ne pouvait pas être brisée. [3] Les cristaux temporels, un état de la matière observé pour la première fois en 2017, symétrie de translation du temps de rupture. [4]

Lire l’article complet sur : https://stringfixer.com/fr/Time_translation ].

Fin de la traduction de l’article >

Le doublement de la période d’oscillation est inhabituel, mais pas sans précédent. Les oscillations à longue durée de vie sont également très courantes dans la dynamique quantique des systèmes à quelques particules. Ce qui rend un cristal temporel unique, c’est qu’il s’agit d’un système composé de millions de choses qui présentent ce type de comportement concerté sans qu’aucune énergie n’y entre ou n’en sorte.

’Il s’agit d’une phase de la matière complètement robuste, où les paramètres ou les états ne sont pas réglés avec précision, mais où le système reste quantique’, a déclaré M. Sondhi, professeur de physique à Oxford et co-auteur de l’article. ’Il n’y a pas d’apport d’énergie, il n’y a pas d’évacuation d’énergie, et cela continue indéfiniment et implique de nombreuses particules en forte interaction.’

Bien que cela puisse sembler suspicieusement proche d’une ’machine à mouvement perpétuel’, un examen plus approfondi révèle que les cristaux de temps n’enfreignent aucune loi de la physique. L’entropie - une mesure du désordre dans le système - reste stationnaire dans le temps, satisfaisant marginalement la deuxième loi de la thermodynamique en ne diminuant pas.

Entre l’élaboration de ce projet de cristal temporel et l’expérience d’ordinateur quantique qui l’a concrétisé, de nombreuses expériences menées par de nombreuses équipes de chercheurs ont permis d’atteindre divers jalons en matière de cristal temporel. Cependant, fournir tous les ingrédients de la recette de la ’localisation de nombreux corps’ (le phénomène qui permet d’obtenir un cristal de temps infiniment stable) était resté un défi à relever.

Pour Khemani et ses collaborateurs, l’étape finale vers le succès du cristal de temps ou cristal temporel a été de travailler avec une équipe de ‘’Google Quantum AI’. Ensemble, ce groupe a utilisé le matériel de calcul quantique ‘Sycamore’ de Google pour programmer 20 ’spins’ en utilisant la version quantique des bits d’information d’un ordinateur classique, appelés qubits.

Révélant à quel point l’intérêt pour les cristaux de temps ou cristaux temporels est actuellement intense, un autre cristal de temps a été publié dans ‘Science’ ce mois-ci. Ce cristal a été créé à l’aide de qubits dans un diamant par des chercheurs de l’université de technologie de Delft, aux Pays-Bas.

Des possibilités quantiques

Les chercheurs ont pu confirmer leur affirmation d’un véritable cristal de temps grâce aux capacités spéciales de l’ordinateur quantique. Bien que la taille et le temps de cohérence finis du dispositif quantique (imparfait) aient limité la taille et la durée de leur expérience - de sorte que les oscillations du cristal de temps n’ont pu être observées que pendant quelques centaines de cycles plutôt qu’indéfiniment - les chercheurs ont conçu divers protocoles pour évaluer la stabilité de leur création. Ils ont notamment fait tourner la simulation en avant et en arrière dans le temps et en ont modifié la taille.

’Nous avons réussi à utiliser la polyvalence de l’ordinateur quantique pour nous aider à analyser ses propres limites’, a déclaré Moessner, co-auteur de l’article et directeur de l’Institut Max Planck de physique des systèmes complexes. ’Il nous a essentiellement indiqué comment corriger ses propres erreurs, de sorte que l’empreinte du comportement du cristal temporel idéal puisse être déterminée à partir d’observations en temps fini.’

Une signature clé d’un cristal temporel idéal est qu’il présente des oscillations indéfinies à partir de tous les états. Vérifier cette robustesse au choix des états était un défi expérimental majeur, et les chercheurs ont conçu un protocole pour sonder plus d’un million d’états de leur cristal de temps en une seule exécution de la machine, ne nécessitant que quelques millisecondes de temps d’exécution. Cela revient à observer un cristal physique sous de nombreux angles pour vérifier sa structure répétitive.

’Une caractéristique unique de notre processeur quantique est sa capacité à créer des états quantiques très complexes’, a déclaré Xiao Mi, chercheur chez Google et co-auteur principal de l’article. ’Ces états permettent de vérifier efficacement les structures de phase de la matière sans avoir besoin d’étudier l’ensemble de l’espace de calcul — une tâche autrement insoluble.’

La création d’une nouvelle phase de la matière est incontestablement passionnante à un niveau fondamental. En outre, le fait que ces chercheurs aient pu le faire laisse entrevoir l’utilité croissante des ordinateurs quantiques pour des applications autres que l’informatique. ’Je suis optimiste quant au fait qu’avec des qubits plus nombreux et de meilleure qualité, notre approche peut devenir une méthode principale dans l’étude de la dynamique de non-équilibre’, a déclaré Pedram Roushan, chercheur chez Google et auteur principal de l’article.

’Nous pensons que l’utilisation la plus passionnante des ordinateurs quantiques à l’heure actuelle est celle de plateformes pour la physique quantique fondamentale’, a déclaré Ippoliti. ’Grâce aux capacités uniques de ces systèmes, on peut espérer découvrir un nouveau phénomène que l’on n’avait pas prévu.’

Ces travaux ont été menés par l’université de Stanford, ’Google Quantum AI’, l’Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes et l’université d’Oxford. La liste complète des auteurs est disponible dans l’article de la revue ‘Nature’.

Source de l’information : Materials provided by Stanford University. Original written by Taylor Kubota. Note : Content may be edited for style and length.

Référence de la revue : Mi, X., Ippoliti, M., Quintana, C. et al. Time-Crystalline Eigenstate Order on a Quantum Processor. Nature, 2021 DOI : 10.1038/s41586-021-04257-w

Pour citer cette page : MLA APA Chicago - Stanford University. ’Time crystal in a quantum computer.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 30 November 2021. <www.sciencedaily.com/releases/2021/...> .

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Source de l’article d’origine : https://www.sciencedaily.com/releases/2021/11/211130130231.htm

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