Toute machine, qu'il s'agisse d'un moteur de voiture ou d'un minuscule nanoréfrigérateur, fonctionne avec des tremblements. Le carburant brûle de manière irrégulière, les électrons traversent les contacts sans respecter d'horaire – et l'aiguille de puissance sur les instruments vibre légèrement. Ces vibrations sont appelées fluctuations. Elles ne sont pas simplement du bruit : elles permettent de juger de la stabilité de l'appareil et de la quantité d'énergie qu'il gaspille.
Les scientifiques ont pris la théorie quantique de la diffusion – l'appareil mathématique qui décrit comment les particules traversent les structures nanométriques – et ont dérivé des inégalités universelles. Elles relient le tremblement des flux d'énergie à la vitesse à laquelle le désordre (l'entropie) augmente, et à l'amplitude des flux eux-mêmes. Il s'avère que ces contraintes fonctionnent pour toutes les différences de température et de concentration de particules, même lorsque les effets quantiques brisent les règles analogues précédentes. Ils ont testé sur un modèle simple où la transmission d'énergie à travers un canal s'allume et s'éteint brusquement, comme un interrupteur : les inégalités tiennent.
L'utilité pratique est directe : désormais, les concepteurs de nanoréfrigérateurs et de machines thermiques quantiques disposent d'un repère unifié. En sachant combien de bruit est inévitable pour une puissance donnée, on peut estimer à l'avance la stabilité de fonctionnement de l'appareil avant même de l'assembler. C'est comme savoir que tout moteur de 100 chevaux aura des vibrations au moins à un certain niveau – et concevoir immédiatement des amortisseurs en conséquence.
Ainsi, le tremblement, que l'on considérait autrefois comme une nuisance gênante, devient un outil de mesure. Il en dit plus sur la vie interne de la machine que l'aiguille sur le cadran. Et plus la machine est petite, plus son bruit est fort – et donc plus on peut l'écouter précisément.
Dans le monde quantique, les fluctuations ne peuvent pas être éliminées même au zéro absolu de température : les particules continuent de trembler à cause du principe d'incertitude, comme si elles avaient toujours un peu froid.