Une partition, une infinité de musiques possibles : cette expérience quantique bouscule les règles de la composition

La matière peut être considérée à la fois comme un agencement de particules élémentaires et comme les interférences d'ondes. Ainsi, la lumière est en même temps un flux de photons, mais aussi une onde électromagnétique qui se propage. Cette conception duale onde-particule peut être illustrée par une métaphore musicale : une mélodie est à la fois composée de notes élémentaires, mais elle est aussi une onde sonore qui se propage dans l'air.

Peut-on aller plus loin et composer de la musique en utilisant les principes de la mécanique quantique ?

En 2024, j'ai introduit le concept de « note quantique », ou qunote. Les qunotes sont semblables aux qubits des ordinateurs quantiques, mais avec des notes de musique au lieu d'informations binaires. L'idée est de définir un concept musical spécifique qui reprend les principes fondamentaux de la mécanique quantique que sont la superposition, la décohérence et l'intrication.

Une qunote est semblable à un qubit, mais avec des notes de musique à la place des informations binaires.

Dans une composition classique, une note se trouve nécessairement dans un état unique, c'est-à-dire une valeur de hauteur précise, comme le Do de l'octave 4 sur un piano par exemple. Par contre, l'état quantique d'une qunote est représenté par une superposition linéaire de plusieurs valeurs possibles, chacune avec sa propre amplitude de probabilité. Ce n'est que lorsque l'oeuvre musicale est jouée que la qunote « s'effondre » dans un état défini. Cette « mesure » constitue une opération irréversible au cours de laquelle on obtient une information sur l'état de la qunote. Ce sont les phénomènes de superposition et de décoherence.

Ce n'est que lorsque le morceau de musique est interprété qu'une qunote se stabilise dans un état défini en fonction des amplitudes de probabilité. Il en résulte de nombreuses interprétations possibles d'une même partition. De même, lors de la composition, je dois envisager les différentes interprétations possibles : je compose avec des amplitudes de probabilité plutôt qu'avec des notes fixes.

Exemple d’expérimentation de musique quantique basée sur la Fugue en ré mineur de Jean-Sebastien Bach. Source Jean-Claude Heudin.

Avec la musique quantique, on obtient de multiples interprétations possibles d'une même partition.

L'autre propriété importante des systèmes quantiques est l'intrication. Ce phénomène se produit lorsque des particules interagissent ou partagent une proximité spatiale telle que l'état quantique de chaque particule ne peut être décrit indépendamment de celui des autres, même lorsque les particules sont séparées par une grande distance.

Dans le cas des qunotes, cela signifie que si deux d'entre elles sont intriquées, leurs états quantiques sont corrélés. En d'autres termes, l'état quantique de chaque qunote ne peut être décrit indépendamment de celui de l'autre. Si une mesure est effectuée sur l'une ou l'autre des qunotes intriquées, elle provoque l'effondrement de l'état du système intriqué dans son ensemble. Une application possible réside dans la création d'accords en intriquant plusieurs qunotes afin qu'elles produisent des arrangements
harmoniques spécifiques.

Vous pouvez écouter des morceaux utilisant ces principes sur ma chaîne YouTube (@jcheudin). Pour les réaliser, j'utilise des algorithmes qui simulent les effets quantiques, mais aussi le prototype d'un processeur quantique photonique. Ainsi, la musique peut nous aider à appréhender la complexité de la mécanique quantique.