Le chœur quantique des atomes express
Dans deux pièces miroir, placées perpendiculairement, vit un nuage d'atomes. Chaque atome est comme un chanteur dans un chœur : seul, il peut se taire, mais quand ses voisins commencent à chanter, il reprend. Ici, le rôle du chef d'orchestre est joué par la géométrie elle-même : une pièce aide les atomes à émettre de la lumière ensemble, et l'autre les y pousse doucement, mais pas directement, par une manœuvre détournée.
La mécanique quantique permet aux atomes de se comporter comme un tout. Quand un atome émet un photon, il transmet une impulsion à tout l'ensemble, et les atomes se mettent en mouvement de façon coordonnée. C'est comme une vague qui parcourt un stade : les spectateurs se lèvent les uns après les autres, mais la vague semble être un être unique. Dans l'expérience, l'émission ne s'éteint pas, mais atteint un niveau constant — comme si la vague du stade ne s'arrêtait pas, mais se soutenait d'elle-même.
Le plus étonnant, c'est le lien entre l'état interne des atomes et leur mouvement. En émettant un photon, l'atome reçoit un recul, comme un tireur. Dans ce système, les reculs s'additionnent de telle sorte que les atomes se retrouvent à la fois dans un état excité et en mouvement, ces propriétés étant enchevêtrées par l'intrication quantique. C'est comme si chaque spectateur du stade ne se contentait pas de se lever, mais sautait, et que son saut était inextricablement lié au fait que son voisin se lève ou non.
L'intrication entre le mouvement et l'état interne est une ressource précieuse. Les scientifiques ont montré qu'en mesurant la lumière des deux pièces d'une manière particulière, on peut préparer des paires d'atomes qui détectent l'accélération avec plus de précision que ne le permet la limite quantique standard. C'est un pas vers des capteurs capables de percevoir les moindres secousses — des tremblements de terre aux vibrations d'un vaisseau spatial.
Dans une ampoule ordinaire, les atomes émettent de la lumière indépendamment, comme une foule où chacun crie pour soi. Dans la superradiance, les atomes se synchronisent, et la luminosité de l'éclair croît comme le carré du nombre d'atomes — cent atomes donneront non pas cent fois, mais dix mille fois plus de lumière.
Dans le roman de Greg Egan « Quarantaine », l'intrication quantique est utilisée pour contrôler la conscience, et ici elle aide les atomes à ressentir l'accélération — peut-être qu'un jour de tels capteurs seront à bord des vaisseaux spatiaux.