Dans une salle de concert vide, deux musiciens jouent la même partition. D'abord le violon, puis le violoncelle, ou l'inverse. Il en a toujours été ainsi : chaque note a sa place dans le temps, son « avant » et son « après ». Mais que se passerait-il si l'orchestre pouvait jouer les deux versions à la fois, dans une superposition quantique de deux ordres ? C'est exactement ce que décrit la mécanique quantique, et elle a maintenant une confirmation expérimentale.

Dans l'expérience menée à Nankin, le rôle des musiciens était tenu par des photons, des particules de lumière. Deux photons intriqués se sont séparés le long de fibres optiques de 20 mètres, et le destin de chacun était lié à l'autre. Un photon servait de qubit de contrôle, l'autre de qubit distant sur lequel des opérations étaient effectuées. L'astuce était que l'ordre de ces opérations n'était pas prédéfini : la commutation quantique, un dispositif où la séquence des actions est déterminée par l'état quantique, permettait de les réaliser dans une superposition de « d'abord A, puis B » et « d'abord B, puis A » simultanément. C'est comme si le violon et le violoncelle commençaient à jouer dans un ordre différent, mais que les deux versions coexistaient dans une seule onde quantique.

Pour exclure toute explication classique, les physiciens ont utilisé une astuce familière des tests de Bell. Les réglages de mesure pour les deux observateurs distants étaient choisis aléatoirement et si rapidement, en seulement 22,6 nanosecondes, qu'un signal lumineux n'avait pas le temps d'aller de l'un à l'autre. Cette séparation de genre espace a fermé la faille de localité : aucune connexion cachée entre les appareils ne pouvait ajuster les résultats. Les corrélations mesurées entre les quatre parties ont donné une valeur de 1,8090 ± 0,0024, alors que la limite classique est de 1,75. La prédiction théorique pour une commutation quantique idéale est de 1,8536, et l'expérience s'en est approchée de très près. Un tel résultat ne peut être expliqué par aucun modèle avec un ordre causal fixe, même en admettant des variables cachées.

Cette découverte n'est pas qu'une belle démonstration. Jusqu'à présent, toutes les preuves d'ordre indéfini reposaient sur la confiance dans la description des appareils : les chercheurs supposaient que leurs dispositifs fonctionnaient comme prévu. Désormais, les corrélations violent l'inégalité causale, une condition numérique qui est satisfaite pour tout ordre défini des événements, sans aucune hypothèse sur le fonctionnement interne de l'équipement. C'est un pas vers la certification sans faille des processeurs quantiques qui utilisent la superposition d'ordres d'opérations. À l'avenir, de tels dispositifs pourraient offrir un avantage en communication et en calcul, et le résultat d'aujourd'hui renforce le statut de la causalité quantique en tant que ressource physique, et non simple abstraction mathématique.

Un orchestre sans chef d'orchestre, où les musiciens jouent leurs parties dans une superposition quantique de deux ordres, cette métaphore a maintenant un fondement expérimental. Restent des questions ouvertes : peut-on fermer les failles restantes d'échantillonnage équitable et de liberté de choix, comment étendre le protocole à des systèmes multi-qubits ? Mais le premier accord a déjà retenti, et il résonne hors du temps habituel.