Dans un laboratoire de Stanford, un minuscule résonateur mécanique a soudain cessé de vibrer non pas en douceur, mais par à-coup — exactement comme le prédisait la mécanique quantique. Les scientifiques ont pour la première fois saisi cet instant en temps réel : le quantum de son, ou phonon, est passé d'un état d'énergie à un autre en quelques fractions de milliseconde.
Les phonons sont des portions discrètes de vibration, analogues aux photons de la lumière. Dans le monde ordinaire, le son s'atténue progressivement, comme une cloche après avoir été frappée. À l'échelle quantique, l'énergie change par sauts, et les chercheurs dirigés par Amir Safavi-Naïni ont désormais pu saisir un tel saut « sur le vif ».
La clé du succès a été un résonateur microscopique capable de « sonner » pendant deux millisecondes entières — pour sa taille, c'est un délai énorme. Pendant ce temps, le qubit supraconducteur relié au résonateur a eu le temps d'effectuer des centaines de mesures et de déterminer avec précision l'instant où le phonon a disparu, en passant de l'état «1» à l'état «0».
L'expérience ouvre la voie à de nouvelles technologies quantiques. Dans les ordinateurs quantiques, de tels sauts deviennent souvent une source d'erreurs ; savoir les suivre est un pas important vers la correction des erreurs. En outre, la sensibilité du dispositif permettra de créer des capteurs ultraprécis, par exemple pour détecter des protéines individuelles à l'intérieur des cellules.
À terme, la maîtrise du son quantique améliorera aussi les gadgets du quotidien : smartphones, capteurs acoustiques et autres appareils où le son joue un rôle clé. L'étude est publiée dans la revue Science et achève une quête centenaire, entamée dès le début du XXe siècle.
Désormais, l'acoustique quantique passe de la théorie à la pratique, et cela change la représentation de la manière dont on peut contrôler les vibrations au niveau le plus fondamental.
