Utiliser le steampunk pour expliquer la physique quantique

Nicole Yunger Halpern avec une illustration d’un moteur quantique steampunk sur lequel elle travaille avec l’artiste du Massachusetts Bruce Rosenbaum. Crédit : Caitlin McDermott-Murphy

Qu’est-ce que les ordinateurs quantiques ont à voir avec les rues de Londres remplies de smog, les sous-marins volants, les gilets, les jupons, les mystères de Sherlock Holmes et les lunettes en laiton ?

Beaucoup, selon Nicole Yunger Halpern. La semaine dernière, la physicienne théoricienne a rejoint Jacob Barandes, codirecteur des études supérieures en physique, pour discuter de son nouveau livre, “Quantum Steampunk: The Physics of Yesterday’s Tomorrow”. Dans ce document, Yunger Halpern dissèque une nouvelle branche de la science – la thermodynamique quantique, ou steampunk quantique comme elle l’appelle – en fusionnant la fiction steampunk avec la non-fiction et la thermodynamique de l’ère victorienne (la chaleur et l’énergie qui font pomper les moteurs à vapeur) avec la physique quantique. Yunger Halpern présente une lentille fantaisiste à travers laquelle les lecteurs peuvent observer une “révolution scientifique qui se produit en temps réel”, a déclaré Barandes, explorant des mystères que même Holmes ne pouvait espérer résoudre, comme pourquoi le temps ne s’écoule que dans une seule direction.

“Cette fusion de l’ancien et du nouveau crée un merveilleux sentiment de nostalgie et d’aventure, de romance et d’exploration”, a déclaré Yunger Halpern lors d’une conférence virtuelle sur les livres scientifiques de Harvard présentée par la division des sciences de l’université, la bibliothèque scientifique Cabot et la librairie de Harvard. Dans le steampunk, a-t-elle poursuivi, “les fans s’habillent de costumes pleins de hauts-de-forme, de lunettes et d’équipements et se réunissent lors de conventions. Ce dont ils rêvent, j’ai l’immense privilège d’avoir l’opportunité de le vivre.”

Yunger Halpern, membre du Joint Center for Quantum Information and Computer Science et professeur adjoint adjoint à l’Université du Maryland, utilise le steampunk, qui marie le style victorien et la technologie futuriste, pour initier les lecteurs au monde complexe et fantastique de la thermodynamique quantique. Le nouveau domaine fusionne la physique quantique, les sciences de l’information et les sciences de l’énergie pour étudier de nouvelles façons d’alimenter les voitures, de charger les batteries, de chiffrer les informations et de refroidir les ordinateurs quantiques.

“Comment pouvons-nous étendre la théorie victorienne de la thermodynamique des grands systèmes de type quotidien, tels que les moteurs à vapeur, aux petits systèmes quantiques et de traitement de l’information ?” Yunger Halpern a demandé, puis a répondu: “Nous revenons dans le passé et nous dirigeons vers l’avenir.”

Pour guider leur conversation, Barandes s’est concentré sur la capacité de Yunger Halpern à expliquer des concepts quantiques denses avec fantaisie. Alors que “Quantum Steampunk” est principalement non romanesque, Yunger Halpern présente chaque chapitre avec un conte fictif de style steampunk, mettant en vedette des personnages portant des noms comme Audrey et Baxter. Ce ne sont pas seulement des renégats scientifiques de l’époque victorienne volant dans des dirigeables et bricolant des machines à voyager dans le temps; ce sont les versions steampunk d’Alice et de Bob – des alias que les scientifiques donnent généralement aux particules quantiques pour rendre leurs comportements plus faciles à décrire.

Pour présenter les nombreuses définitions abstraites de son domaine, Yunger Halpern a créé une ménagerie de métaphores. Par exemple, elle compare des mesures quantiques faibles – utilisées pour examiner un système quantique sans le déranger – à un colibri “qui se pose très doucement sur votre épaule”, a déclaré Yunger Halpern.

Utiliser le steampunk pour expliquer la physique quantique

Crédit : Université de Harvard

Pour le concept intégral d’entropie, Yunger Halpern s’est appuyé sur un autre oiseau, le corbeau d’Edgar Allan Poe, pour être exact. L’entropie est, très simplement, une mesure de l’incertitude. Dans le très petit domaine de la physique quantique, les scientifiques doivent démêler davantage d’entropies, ou d’incertitudes, pour exercer un contrôle sur les particules quantiques. Dans les grands systèmes avec plus de particules, comme les moteurs à vapeur, de moins en moins d’entropies comptent.

“Cela m’a rappelé une partie de” The Raven “, a déclaré Yunger Halpern, avant de se lancer dans une récitation de plusieurs strophes du célèbre poème de Poe.” Tous ses rêves, cauchemars, peurs et horreurs se sont effondrés sur ce corbeau unique “, elle “C’est peut-être une façon extravagante de dire que toutes ces entropies quantiques s’effondrent sur une seule en thermodynamique conventionnelle.”

Avant de poser sa prochaine question, Barandes a sauté pour reprendre là où Yunger Halpern s’était arrêté, récitant une autre strophe de “The Raven” à une vitesse presque quantique. (“Ma femme roule des yeux”, a-t-il déclaré lorsque, à la fin de la discussion, Yunger Halpern a proposé qu’ils s’associent pour une récitation plus longue pour le mois de la poésie.)

Barandes a également demandé à Yunger Halpern de spéculer sur l’avenir des ordinateurs quantiques et sur le moment où ils pourraient devenir mondiaux. De telles machines peuvent faire plus pour moins, a déclaré Yunger Halpern, ce qui signifie qu’elles peuvent résoudre des problèmes beaucoup plus complexes, plus rapidement et avec moins de ressources que les ordinateurs classiques.

Plus tôt dans son discours, Yunger Halpern a montré une photo d’un ordinateur quantique moderne qui, comme une bonne machine steampunk, ressemblait à un réseau méticuleux de métaux délicats. Mais cet engin, expliqua-t-elle, n’était que le réfrigérateur de l’ordinateur ; l’ordinateur quantique était une minuscule puce vulnérable positionnée au centre, comme les joyaux de la couronne de la Tour de Londres.

À quelques décennies encore, Yunger Halpern a déclaré que les ordinateurs quantiques pourraient décoder les flux de trafic ou un cryptage quasi impénétrable. Mais, dit-elle, “tous les problèmes ne sont pas bien adaptés aux ordinateurs quantiques. Par exemple, je ne recommande pas de faire vos impôts sur un seul.” Et bien qu’elle ne prévoie pas l’un de ces mastodontes analytiques dans chaque bureau à domicile, elle a reconnu qu’aujourd’hui les physiciens ont fait des découvertes que les fondateurs de la théorie quantique pensaient impossibles.

“J’espère vraiment”, a déclaré Yunger Halpern, “que les ordinateurs quantiques améliorent nos vies d’une manière que nous ne pouvons pas imaginer aujourd’hui.” Ou, pour emprunter les vers victoriens de Poe qu’elle avait récités quelques minutes auparavant : « Je me tenais là… rêvant des rêves qu’aucun mortel n’avait jamais osé rêver auparavant.


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Fourni par l’Université de Harvard

Cette histoire est publiée avec l’aimable autorisation de la Harvard Gazette, le journal officiel de l’Université de Harvard. Pour des nouvelles universitaires supplémentaires, visitez Harvard.edu.

Citation: Utiliser steampunk pour expliquer la physique quantique (1er avril 2022) récupéré le 1er avril 2022 sur https://phys.org/news/2022-04-steampunk-quantum-physics.html

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