Une casserole d'eau sur la cuisinière, c'est juste de l'eau, mais à l'intérieur de chaque molécule, une danse incessante se joue. Les atomes d'hydrogène et d'oxygène frémissent, même au zéro absolu, car tel est le monde quantique. Ces frémissements modifient la quantité de chaleur que l'eau emmagasine et la façon dont elle s'écoule. Auparavant, pour en tenir compte, il fallait lancer des calculs incroyablement lourds : chaque atome se transformait en un éventail de copies de lui-même, et l'ordinateur s'étouffait.
Les auteurs de la nouvelle étude ont trouvé une faille. Ils prennent un calcul quantique coûteux, mais ne l'utilisent que comme un professeur. Le professeur montre comment l'eau se comporte en tenant compte des frémissements, et l'élève – un simple modèle classique – mémorise ces leçons. Ensuite, l'élève travaille seul, rapidement et presque sans frais, mais avec une erreur plus petite que l'épaisseur d'un cheveu comparée à une pièce. Dans l'article, ils ont testé la méthode sur l'eau et d'autres systèmes où les molécules sont maintenues par des liaisons hydrogène. Résultat : l'énergie correspond au calcul quantique exact à 0,2 milliélectronvolt près par atome. C'est comme mesurer la hauteur de l'Everest avec la précision d'un grain de sable.
La méthode s'appelle EPIGS (entropic path-integral coarse-graining). L'astuce principale est qu'elle sait transférer ce qu'elle a appris à d'autres températures et tailles de système. On l'entraîne sur un petit cube d'eau – on l'applique à tout un lac. Cela ouvre la voie à l'étude des protéines, des médicaments et des matériaux où les effets quantiques sont importants mais étaient auparavant inaccessibles. La casserole sur la cuisinière est devenue un peu plus compréhensible, et avec elle, tout ce qui contient de l'eau.
Même au zéro absolu, les atomes d'une molécule d'eau ne s'immobilisent pas complètement – ils continuent de frémir en raison de l'incertitude quantique, et cela influence les propriétés de la glace et du liquide.