Au fond des cratères lunaires où le Soleil ne regarde jamais, règne un froid éternel — environ moins 240 degrés Celsius. Dans ces poches de glace, appelées régions en permanence à l'ombre, on envisage d'installer un résonateur à miroirs en silicium monolithique. Cet instrument maintiendrait passivement la lumière, faisant « tiquer » le laser avec une précision incroyable.
L'idée est simple : le froid et l'immobilité de l'ombre lunaire débarrassent le résonateur des vibrations thermiques des atomes qui, sur Terre, brouillent le signal. Les estimations montrent que la stabilité d'un tel laser atteindrait 10⁻¹⁸ — c'est comme si une horloge se trompait d'une seconde en trente milliards d'années. La lumière dans le résonateur conserverait sa synchronisation ondulatoire pendant plus d'une minute, soit dix fois mieux que les meilleures installations terrestres.
Un faisceau ultra-stable ouvrirait la voie aux technologies quantiques dans l'espace : de l'interférométrie optique avec des bases de milliers de kilomètres aux canaux de communication quantique sécurisés entre satellites. Il permettrait aussi de tester la relativité générale avec une précision inaccessible sur Terre, où l'atmosphère et les marées perturbent les mesures.
La Lune, qui nous montre toujours la même face, cache dans ses ombres non seulement de la glace, mais aussi la possibilité de construire les horloges les plus précises du Système solaire. Et le froid, qui semblait un obstacle, deviendrait un allié.
La température dans les régions en permanence à l'ombre de la Lune est si stable qu'en des milliards d'années, elle a moins varié que la température d'une pièce ordinaire en une minute.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke, « La poussière de Lune », les bases lunaires utilisent les conditions extrêmes pour la technologie, mais même lui n'avait pas imaginé que l'ombre deviendrait un lieu idéal pour des horloges quantiques.