Mille violonistes jouent une seule note. Chacun n'entend que son voisin, mais il naît dans la salle un son unique. C'est à peu près ainsi que fonctionne un répéteur quantique à base d'ensembles atomiques : des nuages de milliers d'atomes échangent de l'intrication quantique, un lien par lequel l'état d'une particule détermine instantanément l'état d'une autre, même à distance.
Jusqu'ici, on distribuait l'intrication qubit par qubit (bit quantique), comme si l'orchestre ne jouait qu'un violon à la fois. Dans le nouveau schéma, chaque ensemble se comporte comme un qudit unique, c'est-à-dire un système quantique à plusieurs niveaux. L'intrication entre les ensembles extrêmes se crée ainsi : les nuages voisins interagissent, puis les nœuds intermédiaires sont mesurés d'une manière précise, et les ensembles extrêmes se retrouvent liés. Cela ressemble à la manière dont un chef d'orchestre, d'un coup de baguette, fait jouer tout l'orchestre de façon coordonnée, bien que les musiciens ne le voient pas.
Le principal ennemi de l'intrication, c'est la décohérence : un bruit qui détruit la cohérence quantique, comme le vacarme de la rue étouffe une mélodie discrète. Il s'avère qu'avec un bruit modéré (déphasage γ ≤ 10⁻²), l'intrication ne souffre presque pas aux « temps magiques », ces instants où le temps d'interaction représente une fraction rationnelle de π, par exemple π/2 ou 2π/3. À ces moments-là, l'orchestre entre pour ainsi dire en résonance, et même un léger bruit ne le désaccorde pas.
Auparavant, on ne savait pas si l'intrication macroscopique survivrait à des tailles d'ensembles et à un bruit réalistes. On voit désormais que même pour un million d'atomes et un déphasage modéré, le lien se maintient. Ce n'est pas seulement de belles mathématiques : les ingénieurs qui construisent des répéteurs quantiques obtiennent des repères quantitatifs, à savoir quelles tailles de nuages sont admissibles, quel bruit est tolérable, quels instants choisir pour les mesures.
Aucune application pratique de cette intrication n'est encore en vue. Mais la musique résonne déjà : un orchestre sans chef ne se tait pas pour un léger bruit.
La courbe d'intrication ressemble à un « escalier du diable » : les creux apparaissent exactement lorsque le temps d'interaction vaut une fraction rationnelle de π. À mesure que le nombre d'atomes augmente, ces creux se resserrent de plus en plus, comme les dents d'un peigne dont le pas vaut 1/N.