Sur une table optique ordinaire, parmi les lasers et les miroirs, un nuage de cent atomes de strontium-87 commence à vivre selon les lois d'un espace-temps courbe. Après une demi-seconde, son interférence quantique s'éteint : la dilatation du temps gravitationnelle détruit la superposition. Ce n'est pas une expérience de pensée, mais un calcul pour un réseau quantique où les états internes des atomes jouent le rôle de masses séparées en hauteur.

Chaque nœud du réseau stocke un ensemble d'atomes à deux niveaux, et l'intrication entre les nœuds est créée par des photons via des canaux optiques. Des opérations locales, comme le torsion uniaxiale, transforment une excitation unique en une superposition d'états d'énergies différentes. L'énergie dans un champ gravitationnel équivaut à une masse, donc la superposition de niveaux d'énergie imite une superposition de masses situées à des hauteurs différentes. L'interférence est lue par un schéma de Ramsey non local : les atomes émettent des photons qui se mélangent sur une séparatrice, et la parité du nombre de photons révèle la phase gravitationnelle.

Le schéma reproduit trois scénarios classiques : l'interférence d'une masse unique, les battements de deux masses et la décohérence gravitationnelle d'un état de spin cohérent. Des schémas quantiques variationnels avec une profondeur allant jusqu'à cinq couches de torsion uniaxiale atteignent une précision proche de la limite de Heisenberg. La double torsion crée un état « chat » non local avec une information quantique de Fisher (N−1)², où N est le nombre d'atomes.

Auparavant, tester le décalage gravitationnel vers le rouge sur des superpositions quantiques nécessitait des interféromètres atomiques encombrants, où les atomes se déplacent physiquement le long de trajectoires différentes. Le nouveau réseau contourne cela : les états internes des atomes portent déjà l'information sur la position dans le champ gravitationnel. C'est le premier schéma qui combine l'intrication distribuée avec le décalage gravitationnel vers le rouge au niveau des degrés de liberté internes. Cela ouvre la voie à des tests de relativité générale sur paillasse et à la détection quantique distribuée des champs gravitationnels.

L'avenir promet davantage : des réseaux multi-nœuds pourraient mesurer les composantes du tenseur de courbure de Riemann, et des transitions nucléaires avec des fréquences dans l'ultraviolet ou les rayons X amplifieraient le signal de plusieurs ordres de grandeur. Les espaces-temps dynamiques, y compris les ondes gravitationnelles, pourraient également devenir des cibles pour de tels réseaux. Le réseau quantique se transforme en laboratoire de gravité, où chaque nœud est une sonde sensible de la courbure de l'espace-temps.