Le chat de Schrödinger est à la fois vivant et mort : ainsi parle le célèbre paradoxe. Mais personne n'a jamais vu un tel chat. Les objets macroscopiques qui nous entourent se trouvent toujours dans un état bien déterminé, et non dans une superposition de plusieurs. Pourquoi donc le monde quantique, qui autorise la coexistence des contraires, se montre-t-il si catégorique à grande échelle ? La réponse standard invoque la décohérence : l'interaction avec l'environnement détruit la fragile superposition quantique et la transforme en un mélange d'alternatives classiques. Mais cette explication est incomplète. Elle ne dit pas pourquoi, parmi la multitude de résultats possibles, c'est précisément l'un d'eux qui se réalise, ni avec quelle probabilité. La règle de Born, qui lie le carré de l'amplitude à la probabilité, doit être introduite comme un postulat séparé, au lieu d'être déduite de la théorie elle-même.

Un nouveau travail propose une issue élégante. Au lieu de considérer l'objet macroscopique comme un tout indivisible, l'auteur le voit comme un immense ensemble de micro-états. Chaque macro-état, par exemple « le chat est vivant » ou « le chat est mort », contient un nombre astronomique de réalisations microscopiques, qui diffèrent par la position des atomes, leurs impulsions, leurs spins. Lorsque l'on passe de l'équation de Schrödinger exacte pour tous les degrés de liberté microscopiques à une équation pour les amplitudes macroscopiques, il se produit quelque chose d'étonnant. Les éléments de matrice qui relient les différents macro-états se comportent comme un bruit blanc : un signal aléatoire sans corrélations dans le temps. Ce bruit interne, engendré par l'ensemble des micro-états lui-même et non par l'environnement extérieur, agit comme un chef d'orchestre infatigable qui fait avancer d'un même pas la foule des possibilités microscopiques. Et voici le résultat : la superposition de macro-états se réduit rapidement, n'en laissant qu'un seul.

L'équation des amplitudes macroscopiques se révèle réductrice : elle supprime exponentiellement toutes les superpositions et ne laisse subsister qu'un seul macro-état. La probabilité de survie de chaque état est égale au carré de son amplitude initiale, ce qui reproduit exactement la règle de Born. Aucun terme non linéaire n'a besoin d'être ajouté : la non-linéarité apparaît d'elle-même du fait du passage aux variables macroscopiques. Cela rend la solution du problème de la mesure plus économe et plus cohérente avec la physique déjà connue. Auparavant, on ne comprenait pas pourquoi les superpositions macroscopiques ne s'observent pas, alors que l'équation de Schrödinger autorise leur existence. On montre désormais que l'équation de Schrödinger ordinaire réduit à elle seule les superpositions macroscopiques, grâce au bruit interne des micro-états. La règle de Born se déduit, elle ne se postule plus.

Le résultat compte pour l'interprétation de la mécanique quantique et pour les expériences visant à créer des états quantiques macroscopiques. Il pourrait aussi peser sur notre compréhension de l'informatique quantique, où les superpositions macroscopiques de qubits doivent être protégées de la réduction. On peut tester la prédiction concernant la taille maximale d'une superposition qui peut encore exister. La condition ΔE·ΔX ≫ ħc fixe la frontière entre comportement quantique et comportement classique. Des expériences sur des objets massifs, par exemple des nanoparticules ou des oscillateurs mécaniques, pourraient vérifier si les superpositions disparaissent réellement plus vite que ne le prédit la décohérence ordinaire.

Ainsi le chat de Schrödinger cesse d'être un paradoxe. Il n'est ni vivant ni mort en même temps, parce que la foule de micro-états qui compose son corps s'apaise d'elle-même en des fractions de seconde infimes. Le bruit interne, que l'on tient d'ordinaire pour une nuisance, joue ici le rôle de créateur de la réalité classique. Et ce n'est pas de la science-fiction, mais une conséquence directe d'une équation découverte il y a près de cent ans.