Cinq qubits supraconducteurs sur une puce : la scène où se joue le spectacle du chaos quantique. Quatre qubits forment le système, le cinquième constitue l'environnement qui introduit la dissipation. Après une courte évolution, on écarte l'environnement, et le système reste avec une carte quantique ouverte, un opérateur qui transforme l'état du système. Auparavant, ce scénario n'était qu'une fantaisie théorique : les prédictions sur le chaos quantique dissipatif attendaient une vérification expérimentale depuis plus de quarante ans.

L'outil clé est la distribution des rapports complexes de distances entre valeurs propres de la carte quantique. Pour un circuit chaotique, elle prend la forme d'un « beignet entamé » : la densité est supprimée près du centre et de l'axe réel positif, ce qui indique une répulsion des niveaux. Pour un circuit intégrable, on observe un pic marqué à zéro, sans corrélations. Cette différence est l'empreinte du chaos dans le spectre d'un système ouvert.

En augmentant la profondeur du circuit intégrable de 5 à 50 couches, la distribution passe progressivement du pic au « beignet ». Les valeurs moyennes ⟨r⟩ et ⟨−cos θ⟩ se déplacent des valeurs de la statistique des fermions libres vers celles de la matrice aléatoire de classe AI. Le bruit n'est pas un obstacle, mais un chef d'orchestre qui mène le système de l'ordre au chaos.

Ce travail rend pour la première fois le chaos quantique dissipatif observable expérimentalement. La méthode peut être appliquée à l'étalonnage des processeurs quantiques et à l'étude de l'influence du bruit sur les algorithmes quantiques. Cela ouvre la voie à l'utilisation des processeurs quantiques comme bancs d'essai pour les phénomènes ouverts à N corps, de la localisation dissipative aux transitions de phase dans les systèmes ouverts. Le bruit, qui autrefois étouffait la musique quantique, donne désormais lui-même le rythme du chaos.