La gravité empêche la lumière de parler express
La lumière qui s'éloigne d'un corps massif perd de sa vigueur. Sa fréquence diminue légèrement, sa couleur vire au rouge. Les physiciens appellent cela le décalage vers le rouge gravitationnel. En théorie classique, tout est clair, mais dès qu'on parle de quanta, les ennuis commencent.
Par le passé, on a tenté de décrire ce décalage comme le travail d'une sorte de mélangeur de modes – un dispositif qui enchevêtre différents états de la lumière. Mais le modèle a montré des fissures. Les auteurs du nouvel article ont trouvé le nœud du problème : le mélangeur de modes ne tenait pas compte des subtilités de la description de champ. Ils ont proposé deux remèdes. Le premier, « naturel », vient de la théorie des champs et traite honnêtement avec un nombre infini d'états de la lumière. Le second, plus simple, est adapté aux systèmes finis, où l'on peut utiliser les outils habituels de l'informatique quantique.
La deuxième approche est particulièrement intéressante. Si on envoie en entrée des états gaussiens de la lumière (les plus courants, semblables à un faisceau laser), le décalage gravitationnel se transforme en un canal de communication bien défini. On peut l'étudier, le mesurer, l'optimiser – comme une fibre optique, mais courbée par l'espace-temps.
En 1976, une fusée emportant des horloges à hydrogène s'est élevée à 10 000 kilomètres. Les horloges à bord ont pris de l'avance sur celles de la Terre de fractions de seconde – en parfait accord avec les formules d'Einstein.