Le bruit fait éclater les frontières des trajectoires
Un conducteur roule de nuit dans le brouillard. Ses phares n'éclairent qu'un mètre de route devant lui, et la carte où chaque virage est indiqué ne sert à rien, faute de repères visibles. C'est un peu ce que ressent le démon de Maxwell dans un monde bruyant : il tente d'extraire du travail du mouvement thermique, mais sa connaissance des trajectoires des particules se noie dans les parasites. Les auteurs d'un nouveau travail ont montré que dans de telles conditions, une statistique détaillée du chemin non seulement n'aide pas, mais fait moins bien qu'un simple coup d'œil à l'instant présent.
L'expérience repose sur un microcantilever, une minuscule plaquette qui oscille à une fréquence de 1100 Hz. Sa position est mesurée avec une précision de 1 pm, mais on ajoute délibérément du bruit, comme si l'on avait barbouillé une partie du pare-brise du conducteur de boue. La force de contrôle bascule selon le signe de la coordonnée mesurée, et l'on parvient à tirer un peu de travail des fluctuations thermiques. Plus le démon sait précisément où se trouve la plaquette, plus il extrait de travail.
Lorsque les mesures sont presque parfaites, la frontière la plus contraignante est l'information inaccessible. Mais il suffit d'ajouter du bruit pour que cette frontière s'affaiblisse rapidement : l'historique détaillé du chemin devient peu fiable. L'information mutuelle markovienne, qui ne se souvient de rien, tient mieux le choc. Sur une large plage de bruit, c'est elle qui prédit la quantité de travail extractible, et qui saisit avec précision le moment où le moteur cesse d'être un moteur.
Le brouillard s'épaissit, et le conducteur cesse de consulter la carte qui exige de connaître chaque virage. Il ne surveille plus que ce qui est visible juste devant le capot. Ainsi va le démon dans un monde bruyant : le simple lien instantané entre ce qu'il voit et ce qu'il fait s'avère plus fiable que le plus détaillé des souvenirs de la route.
Le microcantilever oscille avec une amplitude d'environ 1 nanomètre, comparable à la taille d'une petite molécule, et la précision de l'interféromètre permet de distinguer un déplacement d'un millième de cette amplitude.
L'idée d'un démon qui extrait du travail du mouvement thermique, mais se trompe dans ses mesures, fait écho à la nouvelle de Stanislas Lem « Le démon de deuxième espèce », où le démon se heurte aux limites de sa propre perception.