La physique quantique est de nouveau enseignée en classe de Terminale scientifique depuis 2012 en France. L'objet quantique présente des propriétés incompatibles avec celles de la physique classique, dont la fiction du chat de Schrödinger formule le caractère paradoxal. De nombreux récits littéraires et de science-fiction mettent en scène cette fiction pour en faire le moteur de leur intrigue. A travers deux textes choisis, on montrera comment ils projettent et amplifient la structure problématique de l'objet quantique sous la forme d'un monde quantique à part entière. Nous proposons un guide de lecture et d'analyse formulant un questionnement épistémologique autour des rapports entre monde quantique et monde empirique. Cette analyse est un préalable à un travail didactique coopératif entre enseignants de différentes disciplines.
Un domaine scientifique d'une exceptionnelle vitalitéC'est en 2004 qu'est née l'idée de rassembler toutes les équipes travaillant sur les atomes froids dans la région parisienne, ce domaine avait déjà une vingtaine d'années d'existence et se développait à vive allure dans le monde entier.Le Laboratoire Kastler Brossel (le LKB) à l'École normale supérieure (ENS) y a joué un rôle de pionnier pour la France.Autour de Claude Cohen-Tannoudji, professeur au Collège de France, s'est constituée une équipe regroupant Jean Dalibard, Christophe Salomon, Alain Aspect, qui tous ensemble se sont lancés dans le domaine durant les années 80. Le renouveau spectaculaire de la physique atomique apporté par les atomes froids attira de plus en plus de jeunes brillants chercheurs à l'ENS, où se constitua bientôt une école de recherche réputée, très en prise avec les groupes du monde entier investis dans le même domaine.Le concept du piège magnétooptique y fut élaboré, bientôt adopté comme l'outil universel pour les gaz refroidis et piégés par la lumière laser ; les températures anormalement basses qui y étaient mesurées trouvèrent une explication.Le domaine connut une véritable explosion après 1995 quand la condensation de Bose-Einstein fut enfin réalisée expérimentalement aux États-Unis, puis ensuite en France.Et le prix Nobel octroyé à Claude Cohen-Tannoudji en 1997, en même temps qu'à ses amis Bill Phillips et Steven Chu, augmenta encore le prestige du domaine.Pourtant la recherche sur les atomes froids ne resta pas cantonnée à l'ENS.Alain Aspect quitta le LKB en 1993 pour se lancer dans l'aventure à Orsay, rejoint par son élève Philippe Grangier avec lequel il créa un nouveau laboratoire à l'Institut d'Optique.De nombreux jeunes chercheurs formés à l'école de Claude Cohen-Tannoudji commencèrent à essaimer vers d'autres établissements, pour beaucoup dans la région parisienne.Ainsi, Pierre Pillet rejoignit le Laboratoire Aimé Cotton à Orsay, Hélène Perrin s'installa au Laboratoire de Physique des Lasers à Paris-Nord, et d'anciens doctorants du LKB comme Pierre Lemonde ou Franck Pereira-dos-Santos allaient à l'Observatoire de Paris développer des instruments de métrologie à atomes froids.Tous ces jeunes chercheurs issus de l'ENS développèrent à leur tour des équipes vers lesquelles affluèrent de très nombreux doctorants et des postdoctorants issus de nombreux pays, tout particulièrement d'Allemagne.La communauté francilienne était suffisamment petite pour que tous les chercheurs permanents se connaissent et suffisamment concentrée en île-de-France pour que la communication s'installe facilement entre les équipes.
Ouvrage publie grâce au mecenat du Centre National de la Recherche Scientifique, de Paris-Sciences-et-Lettres et du College de France.
Cet ouvrage, issu de nombreuses annees d'enseignements universitaires a divers niveaux, a ete concu afin de faciliter le premier contact avec la physique quantique et d'aider ensuite le lecteur a progresser continument dans la comprehension de cette physique. Les deux premiers tomes, publies il y a plus de 40 ans, sont devenus des classiques dans le monde entier, traduits dans de multiples langues. Ils se placent toutefois a un niveau intermediaire et ont ete completes par un troisieme tome d'un niveau plus avance. L'ensemble est systematiquement fonde sur une approche progressive des problemes, ou aucune difficulte n'est passee sous silence et ou chaque aspect du probleme est discute (en partant souvent d'un rappel classique).Cette volonte d'aller au fond des choses se concretise dans la structure meme de l'ouvrage, faite de deux textes distincts mais imbriques : les « chapitres » et les « complements ». Les chapitres presentent les idees generales et les notions de base. Chacun d'entre eux est suivi de plusieurs complements, en nombre variable, qui illustrent les methodes et concepts qui viennent d'etre introduits ; les complements sont des elements independants dont le but est de proposer un large eventail d'applications et prolongements interessants. Pour faciliter l'orientation du lecteur et lui permettre d'organiser ses lectures successives, un guide de lecture des complements est propose a la fin de chaque chapitre.Le tome II se situe a un niveau un peu plus eleve que le tome I, en abordant des problemes plus delicats comme la theorie des collisions, le spin et les calculs des perturbations independante ou dependante du temps. Il fait une premiere incursion dans l'etude des particules identiques. Dans ce tome, comme dans le precedent, toute notion theorique est immediatement illustree par des applications diverses presentees dans des complements. Comme le tome I, il a beneficie de quelques corrections mais il a egalement ete augmente : le chapitre XIII traite maintenant des perturbations aleatoires et un complement entier sur la relaxation y a ete ajoute.
Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement des technologies quantiques en général et dans le cadre du développement d'une plateforme photonique en variables continues en particulier. Le développement d'une telle plateforme nécessite la réalisation de sources efficaces d'états non classiques de la lumière. Ce travail de thèse se concentre principalement sur le développement d'une architecture particulière pour une telle source. Cette dernière génère des états non classiques de la lumière à l'aide d'une mémoire quantique, de manière itérative, en réalisant à chaque étape une mesure projective sur un état intriqué produit à partir d'un état stocké en mémoire et d'un état ressource interagissant sur une lame séparatrice. Nous utilisons comme états ressources des photons uniques annoncés produits par fluorescence paramétrique. Dans un premier temps, nous cherchons à générer des états « Chat de Schrödinger pair » à partir d'un photon provenant de la source de photons uniques, et d'un photon stocké en mémoire, provenant initialement de la même source. Une première preuve de principe a été publiée au début de cette thèse. Une fois ces résultats obtenus, un travail théorique d'optimisation des modes d'émission de la source de photons uniques a été conduit. Parallèlement, des travaux expérimentaux de stabilisation et d'asservissement de l'expérience, ainsi qu'une optimisation du contrôle électronique du montage ont été réalisés. Grâce à cette version plus aboutie de l'expérience, de nouveaux résultats ont été obtenus et publiés au cours de la thèse. Ces nouveaux résultats présentent une meilleure fidélité et un taux de génération dix fois supérieur comparés aux résultats publiés en début de thèse. Au-delà des nouveaux résultats, les améliorations du dispositif expérimental mises en place nous ouvrent la voie vers la génération d'états plus complexes. Cette thèse propose donc des protocoles de génération d'états « Chat de Schrödinger impair ». Des résultats préliminaires de la mise en œuvre de ces protocoles sont présentés en fin de ce manuscrit.
Reflets de la Physique n° 81 26 E n juin 2024, les Nations Unies ont proclamé 2025 "International year for quantum science and technology" (IYQ), avec la volonté de mieux faire connaitre tout ce que la science quantique a apporté à la compréhension du monde et de mettre en perspective ses impacts attendus dans le futur.Une grande cérémonie d'ouverture a eu lieu à Paris à l'UNESCO les 4 et 5 février 2025, qui a réuni des dizaines de sociétés savantes venues de tous les continents, plus de 1000 participants et de nombreux lauréats Nobel.Les plus prestigieux physiciens du domaine se sont succédés à la tribune pour souligner les avancées remarquables de la science dans les champs de la matière à l'échelle microscopique et de ses interactions avec la lumière, illustrant comment la recherche s'est fortement amplifiée après la découverte du laser il y a 65 ans.De grands industriels ont aussi évoqué ce qu'ils attendent pour l'avenir des nouvelles technologies quantiques qui suscitent de fortes espérances, particulièrement dans le domaine du calcul.La physique quantique a constitué, avec la relativité, l'une des deux révolutions majeures de la physique du XX e siècle.Cette théorie n'est toujours pas réconciliée avec la gravitation.Toutefois elle n'a jamais été mise en défaut, bien que la signification de ses concepts fasse toujours débat.On peut se représenter la physique quantique comme une vieille dame très entourée, qui reste toujours en grande forme avec plein de projets dans ses cartons qui voisinent avec ses archives.
Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du développement des technologies quantiques en général et dans le cadre du développement d'une plateforme photonique en variables continues en particulier. Le développement d'une telle plateforme nécessite la réalisation de sources efficaces d'états non classiques de la lumière. Ce travail de thèse se concentre principalement sur le développement d'une architecture particulière pour une telle source. Cette dernière génère des états non classiques de la lumière à l'aide d'une mémoire quantique, de manière itérative, en réalisant à chaque étape une mesure projective sur un état intriqué produit à partir d'un état stocké en mémoire et d'un état ressource interagissant sur une lame séparatrice. Nous utilisons comme états ressources des photons uniques annoncés produits par fluorescence paramétrique. Dans un premier temps, nous cherchons à générer des états « Chat de Schrödinger pair » à partir d'un photon provenant de la source de photons uniques, et d'un photon stocké en mémoire, provenant initialement de la même source. Une première preuve de principe a été publiée au début de cette thèse. Une fois ces résultats obtenus, un travail théorique d'optimisation des modes d'émission de la source de photons uniques a été conduit. Parallèlement, des travaux expérimentaux de stabilisation et d'asservissement de l'expérience, ainsi qu'une optimisation du contrôle électronique du montage ont été réalisés. Grâce à cette version plus aboutie de l'expérience, de nouveaux résultats ont été obtenus et publiés au cours de la thèse. Ces nouveaux résultats présentent une meilleure fidélité et un taux de génération dix fois supérieur comparés aux résultats publiés en début de thèse. Au-delà des nouveaux résultats, les améliorations du dispositif expérimental mises en place nous ouvrent la voie vers la génération d'états plus complexes. Cette thèse propose donc des protocoles de génération d'états « Chat de Schrödinger impair ». Des résultats préliminaires de la mise en œuvre de ces protocoles sont présentés en fin de ce manuscrit.