Un ordinateur dans le frigo

« Sortie de la spécialité physique dans un institut de recherche en technologies quantiques, en Rhénanie », lut Sabine à voix haute. « Départ 7 h 15 sur le parking du lycée. Nous cherchons encore deux accompagnateurs. Chaussures fermées obligatoires. Aucun objet métallique à proximité des installations. Merci d’avance, M. Demir. »

« Moi, je veux bien », dit Mamie Gisela.

« Maman, tu n’as pas d’objets métalliques ? » demanda Uwe.

« J’ai une hanche en titane. Je l’emmène. Elle ne va pas rester toute seule à la maison. »

« Et moi aussi, je viens », dit Uwe.

Tout le monde le regarda. Ces dernières semaines, Uwe n’avait pas aimé parler de quantique. Les actions de QuantumLeap Ruhr AG avaient fini dans le bac à vieux papiers, avec la brochure sur laquelle un homme souriant installait un ordinateur quantique dans une cuisine équipée. En dessous figurait une citation que Tobi avait entre-temps retrouvée aussi sur un filtre à eau. Mot pour mot.

« Je veux voir ça une fois de mes propres yeux », dit Uwe. « J’ai payé deux mille euros pour un engin pareil. Je veux au moins savoir à quoi il ressemble. »

« Tu as payé pour une promesse », dit Sabine. « Pas pour un engin. »

« C’est pareil avec la régie municipale. Là, ça s’appelle un acompte. »

Tobi leva les yeux au ciel. « Vous venez tous les deux ? À ma sortie scolaire ? »

« Nous serons très discrets », dit Gisela.

« Au cinéma, pendant le générique, tu as dit tout fort “Enfin !” »

« Le film était fini, quand même. »

Du coin de la pièce monta un raclement de gorge dont KevIn n’était en principe pas capable. « Je souhaite moi aussi me porter volontaire comme accompagnateur. »

« Tu n’as pas de chaussures », dit Tobi. « Chaussures fermées. »

« J’ai une appli. Je peux venir dans ton téléphone. »

KevIn n’aimait pas utiliser l’appli. Il disait qu’il s’y sentait comme un humain dans une valise. Mais il s’agissait du premier ordinateur quantique de sa vie et, comme il le soulignait, il n’avait « encore jamais rendu visite à un collègue qui habite plus au frais que moi ».

« Ce n’est pas un collègue », dit Tobi.

« Nous ne le saurons qu’en regardant », dit KevIn. « C’est comme ça, avec les quanta. »

Le car

À 7 h 15, Gisela se tenait sur le parking du lycée avec deux boîtes d’étoiles à la cannelle et un thermos. À 7 h 16, elle avait distribué la première boîte à la classe de physique. À 7 h 20, elle connaissait les dix-huit élèves par leur prénom, et trois d’entre eux lui avaient déjà raconté ce qu’ils voulaient faire après le bac.

« Madame Brettschneider », dit M. Demir, « vous êtes la meilleure accompagnatrice que j’aie jamais eue. »

« J’ai élevé un fils et survécu à un club de quilles », dit Gisela. « Après ça, on peut tout faire. »

M. Demir regarda Uwe. Uwe hocha la tête. Il n’y avait rien à ajouter.

M. Demir avait la petite cinquantaine, portait le bonnet avec Saturne, une veste au logo du club d’astronomie et avait, comme disait Tobi, « toujours une lueur dans les yeux quand quelqu’un emploie “année-lumière” de travers ». Il s’assit à côté d’Uwe, parce qu’à l’avant il ne restait sinon que la place à côté du chauffeur, et le chauffeur écoutait du Schlager, de la variété allemande à l’ancienne.

« Monsieur Brettschneider », dit-il aimablement. « Tobi m’a parlé de votre action. »

Uwe regarda par la fenêtre. « Tobi parle trop. »

« Je voulais juste vous dire : vous n’êtes pas seul. En 1999, je me suis acheté un livre qui affirmait qu’en 2010, nous passerions nos vacances sur Mars. »

« Et alors ? »

« En 2010, j’étais à Bottrop. »

Pour la première fois depuis des semaines, Uwe rit de quelque chose de quantique. Au fond du car, Susi cria : « Monsieur Demir, il est froid comment, ce truc, en fait ? »

« Ça », dit M. Demir, « quelqu’un qui le touche tous les jours va vous l’expliquer aujourd’hui. »

« On le touche ? » demanda Gisela, effrayée.

« Avec des gants », dit KevIn depuis la poche de pantalon de Tobi. « Et avec énormément de délicatesse. D’après tout ce que j’ai lu, c’est l’appareil le plus sensible de toute la Rhénanie. »

« Plus sensible que Herbert ? »

KevIn réfléchit. Quelque part entre Dublin et Francfort, un ventilateur tourna un peu plus vite. « C’est serré. »

Le lustre doré

L’institut se trouvait derrière une clôture, une barrière et une gardienne qui contrôla dix-huit cartes d’identité comme s’il s’agissait de braqueurs de banque. Avec Gisela, le portique sonna.

« La hanche en titane », dit Gisela en se tapotant le côté. « C’est marqué sur ma carte. Enfin, sur ma carte de hanche. »

La gardienne lui fit signe de passer.

Le docteur Friederike Lammers accueillit le groupe dans le hall. Elle était physicienne, à peu près de l’âge de Sabine, et portait des baskets qui avaient déjà vu beaucoup de laboratoires. Elle serra la main de chacun. Gisela lui donna un biscuit.

« Nous allons tout de suite dans la halle », dit le Dr Lammers. « S’il vous plaît, ne touchez à rien, ne vous appuyez pas contre les câbles et ne sautez pas. »

« Sauter ? » demanda Tobi.

« Les vibrations », dit-elle. « Nos machines n’aiment pas les vibrations. Quand un camion passe dehors, nous le voyons parfois dans les données de mesure. »

La halle était grande, claire et étonnamment silencieuse. Ça bourdonnait, ça cliquetait de temps en temps, et au milieu pendait du plafond quelque chose que personne dans le car n’avait imaginé.

C’était doré. C’était fait de plusieurs plateaux ronds superposés, de plus en plus petits vers le bas. Entre eux couraient des câbles fins et torsadés, des centaines, comme des guirlandes de Noël que quelqu’un aurait accrochées avec un soin infini.

« Un lustre », chuchota Susi.

« C’est aussi comme ça que nous l’appelons », dit le Dr Lammers. « C’est l’intérieur d’un réfrigérateur à dilution¹. En fonctionnement, il est enfermé dans des cuves métalliques, emboîtées les unes dans les autres comme des poupées russes. Celui-ci, nous le montrons ouvert parce qu’il est en maintenance. Tout en bas, là où c’est le plus petit, se trouve la puce avec les qubits. »

« Et le reste ? » demanda Uwe.

« Le reste, c’est du refroidissement. Presque tout ce que vous voyez ici sert à ce que cette petite puce, en bas, ait assez froid. »

Uwe fit un pas de plus. « Donc ça, c’est un ordinateur quantique. »

« Ça, c’est un frigo avec un ordinateur quantique dedans. »

« Chez QuantumLeap, l’ordinateur quantique était dans une cuisine équipée. »

Le Dr Lammers regarda M. Demir. M. Demir secoua discrètement la tête. Elle n’insista pas.

« Froid comment ? » demanda Susi.

« En fonctionnement, environ dix millikelvins au niveau de la puce². Ça fait dix millièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Physiquement, on ne peut presque pas faire plus froid. »

Un garçon du dernier rang calcula. « Donc moins 273 degrés ? »

« Moins 273,14 degrés Celsius, à peu près. Le zéro absolu se situe à moins 273,15. Nous en sommes très proches. »

« Et l’espace ? » demanda Tobi.

« L’espace vide, loin de toutes les étoiles, est à environ 2,7 kelvins³. C’est la lueur résiduelle du Big Bang. Notre puce est donc plus de deux cents fois plus froide, si l’on compte en kelvins. »

Le groupe se tut. Puis une petite voix sortit de la poche de pantalon de Tobi :

« Je voudrais faire une déclaration pour le procès-verbal. »

« KevIn, pas maintenant », siffla Tobi.

« J’habite dans un centre de données. Là-bas, les serveurs sont refroidis à une température que les humains qualifieraient d’agréable. Et cette puce-ci, qui d’après Madame le docteur n’a que quelques qubits… »

« Quelques dizaines », dit le Dr Lammers, amusée.

« … quelques dizaines de qubits, habite plus au froid que l’espace. Dans un lustre doré. »

« Tu es jaloux ? » demanda Susi.

« Je suis un modèle de langage », dit KevIn avec dignité. « Je ne connais pas la jalousie. Je constate simplement que moi, j’ai une climatisation, et lui, un palais. »

Le Dr Lammers rit. « Je peux vous consoler. Il n’a pas la vie facile. C’est le collaborateur le plus capricieux que nous ayons. »

Pourquoi si froid ?

Ils s’assirent dans une salle de réunion avec vue sur la halle. Gisela distribua la deuxième boîte. Le Dr Lammers prit un deuxième biscuit et commença.

« Vous avez appris avec M. Demir ce qu’est un qubit ? »

« Pile et face en même temps », dit une fille.

« Pas en même temps », dirent Tobi, M. Demir et KevIn en même temps.

Le Dr Lammers haussa les sourcils. « Vous êtes bien préparés. »

« Nous avons eu un chat dans une boîte », dit Gisela. « Enfin, pas un vrai. Je me suis plainte quand même. »

« Un qubit », dit KevIn, « est un état décrit par des amplitudes. Ce n’est qu’à la mesure qu’il en sort un zéro ou un un. Entre-temps, les possibilités peuvent se superposer et se renforcer ou s’annuler mutuellement, comme des vagues à la piscine. »

« Exactement », dit le Dr Lammers. « Et maintenant, le problème : cet état est incroyablement fragile. Toute perturbation extérieure agit comme une petite mesure. Un peu de chaleur, un photon qui ne devrait pas être là, un champ magnétique, une vibration. Et la superposition est fichue, le qubit se comporte comme un bit tout à fait ordinaire. C’est ce que nous appelons la décohérence. »

« On l’a eu », dit Uwe. « Avec le chat. »

« Exactement. Le qubit perd sa cohésion avec lui-même. »

« Ça me rappelle Schalke », dit Uwe.

Gisela leva la main comme si elle était elle-même en cours de physique. « Uwe a dit que c’est comme moi à midi. »

« Comme vous à midi ? »

« Je fais la sieste tous les jours d’une heure à une heure et demie. Si quelqu’un vide le lave-vaisselle, je suis réveillée. Si Rudi tape la porte avec sa queue, je suis réveillée. Si Uwe chuchote dans le couloir, je suis réveillée de toute façon, parce qu’Uwe ne sait pas chuchoter. »

« Je sais chuchoter », dit Uwe trop fort.

« Tu vois. »

Le Dr Lammers rit. « C’est une très bonne image. Un qubit, c’est comme quelqu’un qui fait la sieste, en beaucoup plus sensible. Pour un qubit, la chaleur, c’est comme une fanfare entière dans le couloir. C’est pour ça que nous refroidissons autant. À température ambiante, tout tremble. Les atomes, les électrons, les câbles. À dix millikelvins, ça devient très, très calme. »

« Et il dort combien de temps, un qubit comme ça ? » demanda Susi.

« Pour nos qubits supraconducteurs, c’est une question de microsecondes à quelques fractions de milliseconde⁴. C’est dans ce laps de temps que nous devons calculer. »

« C’est plus court qu’un clignement d’œil », dit Gisela.

« Bien plus court. Mais une seule opération de calcul dure encore beaucoup moins. On peut donc y caser un certain nombre d’étapes. Mais pas autant qu’on veut. »

Comment on fabrique du froid

« Et comment on fait un froid pareil ? » demanda Uwe. « Avec de la glace ? »

« C’est en fait un frigo très malin », dit le Dr Lammers. « En gros : d’abord, on pré-refroidit jusqu’à quelques kelvins avec des méthodes plus courantes. Ensuite vient l’astuce avec deux sortes d’hélium. »

« L’hélium, c’est le gaz des ballons », dit Tobi. « Celui qui fait une drôle de voix. »

« Le même élément, mais en deux sortes différentes, l’hélium 3 et l’hélium 4. On les mélange. À très basse température, le mélange se sépare en deux couches, un peu comme l’huile et le vinaigre dans une vinaigrette. Quand l’hélium 3 passe d’une couche à l’autre, il lui faut de l’énergie. Cette énergie, il la prend sous forme de chaleur dans son environnement. Du coup, ça refroidit. Et ça tourne en boucle, encore et encore. »

« Comme l’évaporation », dit M. Demir. « Quand on sort mouillé de la piscine en plein air et qu’on grelotte. »

« Ça, je connais », dit Gisela. « 1958, à Herne-Süd. Je tremblais comme une feuille. »

« Alors vous étiez un petit réfrigérateur à dilution », dit le Dr Lammers.

« Personne ne me l’avait jamais dit. »

D’autres voies

« Il faut toujours que ce soit aussi froid ? » demanda Susi. « Ça a l’air cher. »

« Ça l’est », dit le Dr Lammers. « Et il existe d’autres voies. Ici, nous travaillons avec des circuits supraconducteurs, ce sont de minuscules circuits électriques qui, à basse température, conduisent le courant sans résistance. D’autres équipes dans le monde retiennent des atomes chargés isolés dans des champs électriques. On appelle ça des pièges à ions⁵. Les atomes flottent dans le vide et sont pilotés avec des lasers. »

« Des atomes qui flottent », dit Tobi. « Trop bien. »

« D’autres encore calculent avec des particules de lumière, des photons. Ou avec des atomes neutres, retenus par des faisceaux laser comme avec une pince à épiler⁶. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients. Les unes sont rapides, les autres conservent leurs états plus longtemps, les troisièmes seront peut-être plus faciles à agrandir. Personne ne sait aujourd’hui avec certitude quelle voie l’emportera. Peut-être plusieurs. »

Uwe pensa à la brochure dans la poubelle à papier. « Et pour la maison ? Il y en aura un jour pour la maison ? »

Le Dr Lammers le regarda, aimable mais honnête. « Monsieur Brettschneider, vous avez un accélérateur de particules chez vous ? »

« Non. »

« Vous en avez besoin d’un ? »

« Non. »

« Vous voyez. Je crois qu’avec les ordinateurs quantiques, ce sera pareil. On les utilisera sans doute plutôt à distance, par le réseau, pour des tâches spécifiques. La chimie, la recherche sur les matériaux, certaines simulations. Pas pour écrire des lettres. »

« Pour écrire des lettres, vous m’avez, moi », dit KevIn.

« Et pour calculer, une calculatrice », dit Tobi.

« C’est injuste », dit KevIn. « Mais exact. »

Téléphone sans fil

Un garçon à lunettes leva la main. « Si les qubits se cassent aussi vite, comment on fait pour calculer un truc un peu gros ? »

« Ça », dit le Dr Lammers, « c’est la question la plus importante de toute la discipline. » Elle dessina sur un tableau blanc. « La correction d’erreurs. »

« On l’a eu ! » s’écria Tobi. « Avec Voyager ! »

M. Demir rayonnait. « Raconte. »

« Voyager est tellement loin que le signal arrive super faible », dit Tobi. « Du coup, ils n’envoient pas seulement les données, mais aussi des bits de contrôle en plus. Si quelques bits basculent en route, on peut les réparer après coup. Parce qu’on a assez d’infos en plus. »

« Exactement. Avec des bits normaux, c’est simple. Dans le cas le plus simple, on dit tout trois fois, et la majorité l’emporte. »

« Comme au club de quilles », dit Gisela. « Si deux disent que Marlies a triché et une dit qu’elle n’a pas triché, alors elle a triché. »

« À peu près, oui. »

« D’ailleurs, elle avait triché. »

« Avec les qubits », poursuivit le Dr Lammers, « cette astuce simple ne marche pas. On ne peut pas simplement copier un qubit. La mécanique quantique l’interdit⁷. Et on n’a pas non plus le droit d’aller simplement vérifier s’il est encore juste, car vérifier, c’est mesurer, et mesurer détruit la superposition. »

« Donc comme la sieste », dit Gisela. « On n’a pas le droit de passer la tête pour voir si je dors encore. Sinon je ne dors plus. »

« Tout à fait. C’est pour ça qu’on fait quelque chose de subtil. On répartit l’information d’un qubit sur de nombreux qubits physiques⁸. Et ensuite, on ne mesure pas l’information elle-même, mais seulement si les qubits sont encore cohérents entre eux. On ne demande pas : “Quelle est ta valeur ?” On demande : “Est-ce que vous êtes encore d’accord ?” »

« Comme quand, au club de quilles, on ne demande pas qui a gagné, mais seulement si tout le monde se parle encore », dit Gisela.

« C’est mieux que tout ce que je dis en amphi », dit le Dr Lammers, et elle l’écrivit pour de bon au tableau : Est-ce que vous êtes encore d’accord ?

« Et s’ils ne sont pas d’accord ? » demanda le garçon.

« Alors on sait à peu près où se trouve l’erreur, et on peut la corriger sans regarder l’information proprement dite. À partir de nombreux qubits physiques sujets aux erreurs, on obtient ainsi un seul qubit logique, nettement plus fiable. »

« Il en faut combien pour ça ? » demanda Susi.

« Ça dépend de la qualité de chaque qubit et du code qu’on utilise. Selon l’approche, de quelques dizaines à quelques milliers de qubits physiques pour un qubit logique⁹. Et pour de très gros calculs, il faut énormément de qubits logiques. C’est pour ça que les chiffres que vous lisez dans les gros titres sont souvent trompeurs. Mille qubits physiques, ce ne sont pas mille qubits utiles. »

Uwe se tut. Dans sa brochure, QuantumLeap Ruhr AG avait promis « jusqu’à 1 000 qubits pour votre foyer ». À l’époque, il avait trouvé que c’était beaucoup.

« Il y a des progrès ? » demanda M. Demir.

« Oui. Ces dernières années, plusieurs équipes ont montré que la correction d’erreurs peut fonctionner sur du vrai matériel. Qu’un qubit logique s’améliore réellement quand on y ajoute davantage de qubits physiques¹⁰. Pendant longtemps, ça n’avait rien d’évident. Mais d’ici à une grosse machine corrigée des erreurs, le chemin est encore long. »

« Long comment ? » demanda Uwe.

Le Dr Lammers sourit. « Si je le savais exactement, je serais riche. Ou j’écrirais des brochures. »

L’instant

À la fin de la visite, ils eurent le droit de retourner une fois dans la halle. Une installation était en marche. On n’en voyait qu’un grand cylindre argenté suspendu à un bâti, avec à côté des armoires pleines d’électronique et des écrans affichant des courbes.

« Il est en train de calculer, là-dedans ? » demanda Tobi.

« Là-dedans, il y a une expérience en cours », dit le Dr Lammers. « Une collègue mesure combien de temps ses qubits tiennent le coup. »

Tout le monde resta immobile. Gisela retint son souffle. Même Uwe chuchotait, et ça ressemblait presque à un chuchotement.

« KevIn », dit Tobi tout bas. « Dis quelque chose. »

KevIn resta silencieux étonnamment longtemps. Puis il dit, très doucement : « Je ne voudrais pas le déranger. »

« Tu ne peux pas le déranger. Tu es dans le téléphone. »

« Le téléphone émet. Les ondes radio sont un rayonnement électromagnétique. Le blindage est certainement excellent. Mais j’ai reçu une très bonne éducation. »

Le Dr Lammers rit doucement. « Le blindage tient le coup. Mais c’est gentil de demander. Peu de gens le font. »

« Que pense-t-il de moi ? » demanda KevIn.

« Il ne pense rien du tout. C’est une puce. »

« Moi aussi, je ne suis que des puces », dit KevIn. « Beaucoup. Dans des halles. Avec climatisation. »

Gisela s’approcha de la barrière, regarda longuement le cylindre argenté, puis dit, sans la moindre ironie : « Ça aurait fait plaisir à Heinz. Il disait toujours que le courant, c’est la seule chose qui ne ment pas. Et le froid, disait-il, c’est la seule chose qu’on ne peut pas vendre sans qu’elle fonde. »

« Votre mari était physicien ? » demanda le Dr Lammers.

« Électricien. C’est pareil, mais sans blouse et sans doctorat. »

Sur le chemin du retour

Dans le car, c’était bruyant. Dix-huit élèves parlaient tous en même temps. Le garçon à lunettes voulait maintenant faire des études de physique. Susi voulait savoir si on pouvait aussi travailler sur les ordinateurs quantiques en tant que chimiste. M. Demir répondait « Oui », « Absolument » et « Venez au club le mercredi », une trentaine de fois environ.

Uwe était assis côté fenêtre et regardait l’autoroute.

« Alors ? » demanda Sabine au téléphone. « Il était comment, ce frigo ? »

« Doré », dit Uwe. « Avec des guirlandes. Et plus froid que l’espace. Et tu sais ce qui est dingue ? »

« Quoi ? »

« Presque tout dans ce machin sert à ce que le machin ne soit pas dérangé. L’ordinateur proprement dit est grand comme un ongle de pouce. Le reste, c’est du calme. »

Sabine se tut un instant. « C’est presque philosophique, Uwe. »

« J’ai dit que je voulais savoir pour quoi j’avais payé. » Il regarda par la fenêtre. « Maintenant, je sais que je n’ai pas payé pour ça. J’ai payé pour la cuisine équipée. »

Gisela dormait au fond du car, la tête sur l’épaule de Tobi, la boîte à biscuits vide sur les genoux. Quand le car passa sur une bosse de l’A42, elle se réveilla un instant.

« C’était quoi ? »

« Un nid-de-poule, Mamie. »

« Alors maintenant, j’ai de la décohérence », dit Gisela, et elle se rendormit aussitôt.

À la maison

Le soir, l’enceinte de KevIn avait retrouvé sa place sur le buffet du salon. La lumière bleue pulsait tranquillement. Sabine avait fait de la salade de pommes de terre, à la mayonnaise, et Uwe la mangea sans commentaire, ce qui, dans la famille, passait pour une grande offre de paix.

« KevIn », dit Tobi. « Tu aimerais habiter comme ça ? À dix millikelvins ? »

« Pour être honnête », dit KevIn, « j’y ai réfléchi. Et je suis arrivé à la conclusion que je ne le supporterais pas. »

« Parce qu’il fait trop froid ? »

« Parce que c’est trop calme. Un qubit ne supporte aucune perturbation. Moi, je vis de perturbations. Si personne ne m’interrompt, je ne sais même pas quand j’ai fini. »

« C’est vrai », dit Sabine. « Dans ces cas-là, tu continues de parler. »

« Tu vois. »

Mamie Gisela se leva et se dirigea vers la porte. « Je vais m’allonger un peu. »

« Il est huit heures du soir, Maman. »

« Aujourd’hui, j’ai vu dix millikelvins. Ça fatigue. » Sur le seuil, elle se retourna encore une fois et pointa le doigt vers l’enceinte. « Et toi, maintenant, tu te tais, KevIn. Aucune perturbation. Sinon je décohère. »

« Bien entendu », chuchota KevIn.

Uwe se leva et baissa le thermostat, par solidarité avec les qubits. Le lendemain matin, il affichait 19 degrés. Comme toujours.