Un microphone ultra-sensible tente de capter le murmure d'une galaxie lointaine. Mais le microphone lui-même tremble à cause de la chaleur : ses atomes dansent comme du pop-corn dans une casserole. Les physiciens appellent cette danse le bruit thermique, et il étouffe souvent les signaux faibles. Dans les détecteurs d'ondes gravitationnelles — des instruments qui capturent les frémissements de l'espace lui-même — la situation est similaire. Les chercheurs ont imaginé un indicateur simple : la fraction de bruit quantique. Il montre si l'on peut améliorer l'instrument grâce à des astuces quantiques, comme la lumière comprimée (lorsque l'on réduit l'incertitude d'une caractéristique au détriment d'une autre, comme si l'on pressait un ballon : plus fin à un endroit, plus épais à un autre).
Il s'avère que pour presque tous les détecteurs haute fréquence — ceux qui écoutent l'espace à des fréquences de milliers à des milliards d'oscillations par seconde — la fraction de bruit quantique est proche de zéro. La chaleur règne en maître, et aucune astuce quantique n'aidera tant que l'instrument n'est pas refroidi à des températures extrêmement basses. Un seul type de dispositif échappe à cette servitude thermique. C'est un minuscule résonateur acoustique — en fait, un cristal qui sonne à la fréquence de 1 gigahertz, comme un diapason miniature. Lorsqu'on le refroidit à 10 millikelvins (c'est cent fois plus froid que la température du rayonnement fossile dans l'espace), la fraction de bruit quantique grimpe à 0,98. Un terrain presque idéal pour les expériences quantiques.
Mais même si l'on rassemblait une armée de 10 000 résonateurs de ce type et qu'on les équipait de compression quantique, la sensibilité resterait un billion de fois inférieure à ce qu'il faudrait pour entendre le grondement cosmique des premiers instants de l'Univers. L'écart est colossal, et il montre que le principal problème ne réside pas pour l'instant dans la mécanique quantique, mais dans la précision technique ordinaire. Il faut améliorer les matériaux eux-mêmes, l'isolation contre les vibrations et d'autres paramètres classiques — c'est seulement alors que les astuces quantiques pourront apporter une véritable percée.
Ainsi, la chasse aux ondes gravitationnelles à haute fréquence ressemble à une tentative d'entendre un murmure lors d'un concert de rock : il faut d'abord éteindre le vacarme des tambours thermiques, puis ajuster l'oreille quantique.
La température de 10 millikelvins est si basse que le mouvement thermique des atomes est presque figé — ils oscillent avec une amplitude inférieure à la taille du noyau atomique.