Un résonateur vide n'est pas tout à fait vide. Même dans le vide absolu, où il n'y a aucun photon, subsistent des fluctuations quantiques. Elles ressemblent à des rides sur l'eau par temps calme : la surface paraît lisse, mais les molécules continuent de trembler. Les physiciens ont appris à transformer ce frémissement en véritables vagues.
Ils ont construit une pompe topologique — un dispositif qui extrait méthodiquement des photons du vide. Au lieu d'un piston, c'est un qubit supraconducteur (un atome artificiel) couplé à un résonateur micro-onde qui opère. Le qubit exécute une danse rigoureuse, modifiant ses paramètres selon un cycle fermé. À chaque pas, environ sept photons s'ajoutent dans le résonateur. Le tempo de cette danse n'est pas déterminé par la précision des mouvements, mais par la géométrie même du cycle — comme la distance entre les marches d'un escalier en colimaçon. On peut trébucher, mais la hauteur atteinte sera toujours la même.
Au cours des premiers cycles, la pompe a produit des états de lumière impossibles à décrire par la physique classique. Ils ressemblent à une pièce qui retombe à la fois sur pile et sur face — non pas par ignorance de notre part, mais par nature. Ces états non classiques sont les briques des ordinateurs quantiques et des communications sécurisées. Les auteurs de l'expérience, utilisant un qubit transmon, ont observé pour la première fois ce fonctionnement en direct.
Le résonateur n'est plus vide. Une lumière pulse en lui, née de rien — ou plutôt, de la géométrie même du monde quantique. Et cette lumière ne se comporte pas comme des éclairs désordonnés, mais comme une respiration régulière. La même ride sur l'eau, mais désormais elle se compose en une vague nette qui court vers de nouvelles technologies.
Les pompes topologiques ne dépendent pas de la vitesse de fonctionnement. Si l'on effectue le cycle deux fois plus vite, le nombre de photons extraits reste le même — comme le nombre de marches d'un escalier ne dépend pas de la rapidité du pas.