Hotta a découvert, à sa grande surprise, qu’une simple séquence d’événements pouvait, en fait, amener le vide quantique à devenir négatif, en abandonnant une énergie qu’il ne semblait pas avoir. « J’ai d’abord pensé que j’avais tort », a-t-il dit, « alors j’ai recalculé et j’ai vérifié ma logique. Mais je n’ai trouvé aucun défaut. »
Le problème vient de la nature bizarre du vide quantique, qui est un type particulier de rien qui se rapproche dangereusement de quelque chose. Le principe d’incertitude interdit à tout système quantique de s’installer dans un état parfaitement silencieux d’énergie exactement nulle. En conséquence, même le vide doit toujours crépiter avec les fluctuations des champs quantiques qui le remplissent. Ces fluctuations sans fin imprègnent chaque champ d’une quantité minimale d’énergie, connue sous le nom d’énergie du point zéro. Les physiciens disent qu’un système avec cette énergie minimale est dans l’état fondamental. Un système dans son état fondamental est un peu comme une voiture garée dans les rues de Denver. Même s’il est bien au-dessus du niveau de la mer, il ne peut pas descendre plus bas.
Illustration : Magazine Quanta
Et pourtant, Hotta semblait avoir trouvé un garage souterrain. Pour déverrouiller la porte, réalisa-t-il, il n’avait qu’à exploiter un enchevêtrement intrinsèque dans le crépitement du champ quantique.
Les fluctuations incessantes du vide ne peuvent pas être utilisées pour alimenter une machine à mouvement perpétuel, par exemple, car les fluctuations à un endroit donné sont complètement aléatoires. Si vous imaginez brancher une batterie quantique fantaisiste au vide, la moitié des fluctuations chargerait l’appareil tandis que l’autre moitié le viderait.
Mais les champs quantiques sont intriqués – les fluctuations à un endroit ont tendance à correspondre aux fluctuations à un autre endroit. En 2008, Hotta a publié un article décrivant comment deux physiciens, Alice et Bob, pourraient exploiter ces corrélations pour extraire l’énergie de l’état fondamental entourant Bob. Le schéma ressemble à ceci :
Bob se retrouve en manque d’énergie – il veut recharger cette batterie quantique fantaisiste – mais tout ce à quoi il a accès est l’espace vide. Heureusement, son amie Alice a un laboratoire de physique entièrement équipé dans un endroit éloigné. Alice mesure le champ dans son laboratoire, y injecte de l’énergie et apprend ses fluctuations. Cette expérience fait sortir le champ global de l’état fondamental, mais pour autant que Bob puisse en juger, son vide reste dans l’état d’énergie minimale, fluctuant de manière aléatoire.
Mais ensuite, Alice envoie à Bob ses découvertes sur le vide autour de son emplacement, indiquant essentiellement à Bob quand brancher sa batterie. Après que Bob ait lu son message, il peut utiliser les nouvelles connaissances pour préparer une expérience qui extrait l’énergie du vide, jusqu’à la quantité injectée par Alice.
« Ces informations permettent à Bob, si vous le souhaitez, de chronométrer les fluctuations », a déclaré Eduardo Martín-Martínez, physicien théoricien à l’Université de Waterloo et à l’Institut Perimeter qui a travaillé sur l’une des nouvelles expériences. (Il a ajouté que la notion de timing est plus métaphorique que littérale, en raison de la nature abstraite des champs quantiques.)
Bob ne peut pas extraire plus d’énergie qu’Alice n’en a mis, donc l’énergie est conservée. Et il lui manque les connaissances nécessaires pour extraire l’énergie jusqu’à ce que le texte d’Alice arrive, donc aucun effet ne se propage plus vite que la lumière. Le protocole ne viole aucun principe physique sacré.