Un cartographe reçoit une feuille avec les distances entre des centaines d'îles anonymes. Aucune île n'est nommée, mais les distances se répètent, s'assemblent en triangles et en quadrilatères. Grâce à ces répétitions, le cartographe reconstitue la carte de l'archipel, sans savoir comment chaque île s'appelle. C'est à peu près ainsi que fonctionne la nouvelle étude en spectroscopie moléculaire.
Auparavant, pour comprendre le spectre d'une molécule, il fallait « assigner » les raies, c'est-à-dire les associer à des paires de niveaux d'énergie. Pour cela, on construisait un modèle décrivant l'énergie de la molécule et on l'ajustait manuellement aux données. Pour les molécules à spectres denses, comme le méthane ou l'eau, des milliers de raies restaient sans assignation. La nouvelle étude lève cette barrière : les niveaux sont reconstruits directement à partir des fréquences brutes, sans modèle et sans noms.
L'algorithme recherche des différences de fréquences qui se répètent. Si deux raies sont séparées par la même lacune d'énergie, c'est comme deux chemins entre les mêmes îles. La fermeture de quatre de ces chemins, les « quadricycles », révèle la position des niveaux eux-mêmes. À partir de 686 raies non étiquetées de l'eau dans la plage de 1537 à 1605 nm, l'algorithme a assemblé 158 niveaux, regroupés en deux réseaux.
La carte est assemblée sans aucun nom. Les îles sont placées, les distances entre elles sont connues au mètre près, mais l'algorithme ignore comment chaque île s'appelle. On pourra ajouter les noms plus tard, en les rapprochant de cartes connues. L'essentiel est que la carte existe déjà, et elle est plus précise que les précédentes.
C'est la première démonstration d'une reconstruction indépendante du modèle du réseau d'énergie d'une molécule avec une précision au kilohertz. La méthode ouvre la voie à la construction automatique de bases de données spectroscopiques pour des molécules où l'analyse traditionnelle se noie dans la densité des raies. Le cartographe n'a plus besoin d'attendre que quelqu'un nomme les îles.
La longueur d'absorption effective dans le résonateur du SCALS est d'environ 28 km, soit comme si la lumière traversait un échantillon de la longueur d'un marathon, alors que la cellule elle-même ne fait que 42 cm.
L'idée de reconstruire une structure cachée à partir de mesures indirectes évoque des scénarios où l'on reconstitue la carte d'un territoire inconnu à partir de fragments de données. Dans le roman « Contact » de Carl Sagan, le signal des extraterrestres contient des instructions pour construire une machine ; ici aussi, à partir de fréquences éparses, on assemble un réseau complet de niveaux.