Imaginez une bibliothèque où, au lieu de livres, se trouvent toutes les combinaisons imaginables de quelques dizaines de particules quantiques. Le nombre de ces combinaisons croît comme une boule de neige : ajoutez une particule — et le volume double. Pour une cinquantaine de particules, il y a plus d'étagères que d'atomes dans l'Univers visible. On pensait autrefois que chercher dans ce chaos des états utilisables pour des mesures ultra-précises revenait à gagner à la loterie. Seuls les états « symétriques » étaient pratiques, où les particules se comportent de manière identique, comme des soldats au garde-à-vous, et où le nombre de variantes croît modestement, comme la liste des invités à un mariage.
Les auteurs de ces travaux ont bouleversé cette idée. Ils ont montré que si l'on « mélange » correctement des opérations quantiques aléatoires, les états utiles pour la mesure n'apparaissent pas comme un ticket gagnant rare, mais comme une banalité. Presque n'importe quel état d'un ensemble spécialement préparé donne une précision à la limite dictée par la nature elle-même — la limite dite de Heisenberg (la mesure la plus précise possible). C'est comme si, dans notre bibliothèque géante, on découvrait soudain qu'un livre sur deux contient la recette recherchée.
Cette approche offre un bonus inattendu : la robustesse au désordre. Si les paramètres du système « dérivent » légèrement — par exemple à cause de l'agitation thermique ou d'un réglage imprécis — les états aléatoires ne perdent pas leurs propriétés. Ils ressemblent à une foule qui se dirige vers la sortie : même si quelqu'un trébuche, la direction générale est conservée. Cela rend la méthode attrayante pour de vrais capteurs, où les conditions idéales n'existent pas.
Le nombre d'états quantiques possibles pour 50 particules dépasse le nombre d'atomes dans l'Univers observable d'environ un milliard de milliards de fois. Si chaque état était un grain de sable, ils pourraient recouvrir toute la Voie lactée d'une couche de plusieurs mètres.
Dans le roman de Greg Egan « Axiomatique », les ordinateurs quantiques utilisent des états aléatoires pour modéliser la conscience — bien avant que les physiciens ne prennent au sérieux l'utilité pratique de tels états.