Un instrument de musique sonne plus pur lorsque ses cordes ne touchent rien de superflu. C'est à peu près ainsi que fonctionne le nouveau magnétomètre optique : une cuve en verre de la taille d'une boîte d'allumettes est remplie d'un gaz d'atomes de rubidium, et ses parois sont recouvertes d'une fine couche de paraffine — comme la cire sur une piste de ski glissante. Cette cire empêche les atomes de « trébucher » contre les parois, et ils conservent leur état quantique pendant plus d'une seconde. Pour le monde microscopique, c'est une éternité.
Le faisceau de lumière traverse la cellule non pas une fois, mais vingt, en se réfléchissant sur les parois miroirs. À chaque passage, il « lit » de mieux en mieux le comportement des atomes. Ceux-ci, tels de minuscules boussoles, s'alignent le long du champ magnétique. Lorsque le champ varie, les atomes perdent un instant le rythme, et la lumière capte ce décalage. Une cellule seule détecte un champ de 10 picoteslas — environ un million de fois plus faible qu'un aimant de réfrigérateur.
La vraie magie commence lorsque deux cellules fonctionnent en paire. Elles soustraient le bruit commun — comme deux oreilles distinguent mieux un son faible dans le brouhaha d'une foule. La sensibilité finale atteint 28 femtoteslas. C'est comme remarquer qu'un trombone en fer, à l'autre bout d'un terrain de football, a légèrement pivoté. Et l'appareil reste plat, avec une entrée et une sortie de lumière commodément séparées. Il est facile à intégrer dans un instrument compact.
Un tel magnétomètre pourrait trouver des minerais cachés, surveiller les orages magnétiques ou, à terme, scanner les faibles champs du cœur et du cerveau humains — sans encombrantes installations cryogéniques. Une petite boîte cirée transforme les fluctuations insaisissables du champ en un signal clair. Elle ouvre la voie à des capteurs quantiques portables — silencieux et précis comme un instrument bien accordé.
La paraffine qui recouvre la cellule est un proche parent de la cire de bougie ordinaire. Mais ici, elle agit comme un « lubrifiant » idéal pour les spins quantiques des atomes, leur permettant de tourner sans frottement pendant près de 1,3 seconde.
Dans le roman « La Cité des permutants » de Greg Egan, des capteurs quantiques à base de vapeurs atomiques scannent l'activité neuronale avec une précision inimaginable — de telles cellules pourraient être un premier pas vers de telles interfaces.