Après la physique quantique, les technologies quantiques. La mécanique quantique et la relativité ont constitué les deux révolutions majeures de la physique du XXe siècle. Bien que la théorie quantique n’ait jamais été mise en défaut, la signification et l’interprétation de ses concepts continuent de faire débat. Pour autant les applications qui en découlent sont parfaitement maîtrisées et continuent de se multiplier.
Après la physique quantique, les technologies quantiques. La mécanique quantique et la relativité ont constitué les deux révolutions majeures de la physique du XXe siècle. Bien que la théorie quantique n’ait jamais été mise en défaut, la signification et l’interprétation de ses concepts continuent de faire débat. Pour autant les applications qui en découlent sont parfaitement maîtrisées et continuent de se multiplier.
La physique quantique, née au début du XXe siècle, a introduit de nouveaux concepts qui aident à comprendre notre environnement à très petite échelle. Elle est souvent considérée comme étrange, mais repose, comme les autres domaines de la physique, sur un formalisme mathématique qui rend possible de décrire parfaitement les faits observés, et aussi de prédire ce qui va se passer. Transistors, lasers et circuits intégrés sont des dispositifs de notre vie de tous les jours qui ont été inventés grâce à la physique quantique. Cet article est le résumé d'une conférence donnée par Alain Aspect (prix Nobel de Physique 2022) le 2 avril 2024 à l’Espace des Sciences de Rennes.
Le débat sur l'interprétation de la mécanique quantique est, aujourd'hui, sensiblement différent de ce qu'il était dans la période de «fondation» de cette théorie. Cette modification tient à deux causes : l'ancrage des conceptions quantiques dans la pensée des physiciens, favorisé par l'utilisation systématique et fructueuse de la théorie quantique en physique atomique et subatomique, d'une part et, d'autre part, les développements théoriques et expérimentaux survenus au cours des vingt dernières années, qui ont amené à considérer comme des faits physiques des énoncés qui paraissaient naguère relever davantage de l'interprétation, avec liberté d'options, voire de la spéculation. Quelle est la signification des énoncés et des concepts théoriques de la physique quantique ? et comment celle-ci s'est-elle modifiée ? Qu'entend-on par «interprétation» ? Telles sont les questions qui servent de guide à ce travail. Nous nous proposons de clarifier ce qui, dans les questions de signification, relève respectivement de la physique (essentiellement les contenus conceptuels et théoriques), et de perspectives philosophiques. Cette distinction est plus nette aujourd'hui qu'elle ne l'était au moment de l'établissement de la mécanique quantique, ce qui permet d'approfondir notre compréhension de chacun de ces deux aspects, qui s'enrichissent mutuellement de cette clarification. Nous nous interrogeons, pour terminer, sur ce que peut être une conception réaliste en termes d'un «monde d'objets quantiques».
Voici est un ouvrage passionnant, précis et accessible à un large public, sur l’une des réalisations intellectuelles les plus remarquables du XXe siècle dont la découverte fut une véritable révolution dans notre compréhension des processus physiques. En 6 chapitres, il aborde les problèmes d'interprétation encore irrésolus 75 ans après les premières découvertes ainsi que les thèmes les plus importants soulevés par la théorie quantique tels que l'incertitude, la physique probabiliste, la complémentarité, le caractère problématique de la mesure et la décohérence. Le texte principal n'utilise pas d'équations mais une annexe à la fin du livre permet d’aller plus loin pour les lecteurs qui le souhaitent.
Centenaire, la physique quantique a permis des inventions majeures tels le laser ou le transistor, élément de base de nos ordinateurs et smartphones et, par conséquent, de notre civilisation de l’information et de la télécommunication. Désormais, une seconde révolution est en cours, celle de l’information quantique dont l’unité n’est plus le bit mais le bit quantique - dit qubit. Le monde quantique est un univers particulier, celui des particules atomiques et subatomiques, où règnent les probabilités et les concepts de superposition, de non-clonage et d’intrigante intrication. Les progrès parallèles et continus de la recherche et de la technologie ont permis de valider et d’exploiter ces phénomènes, et de développer notre capacité à manipuler des objets quantiques individuels (atomes, électrons, photons) pour y stocker, traiter et lire des qubits. Ces progrès ont conduit à l’émergence d'une nouvelle génération d’appareils, dont certains, déjà commercialisés, pourraient révolutionner des domaines aussi variés que la métrologie, les télécommunications et l’informatique, tant ils surpasseraient les performances des technologies existantes. En métrologie, l’extrême sensibilité des objets quantiques aux influences externes les rend idéaux pour la réalisation de mesures de grandeurs physiques à haute précision, mais certains dispositifs devront être miniaturisés. Les télécommunications cryptées sont dès aujourd’hui sous la menace d’un futur ordinateur quantique dont la puissance de calcul exponentielle pourrait casser les cryptosystèmes actuellement utilisés, mais l’intrication et l’impossibilité de cloner les qubits apporteraient une solution quantique… à la menace quantique Enfin, en exploitant les superposition et intrication de qubits, les ordinateurs quantiques pourraient effectuer des calculs totalement inaccessibles aux supercalculateurs classiques, ce qui profiterait à de nombreuses industries (chimie, énergie, transport…). Cependant, les qubits actuels sont trop bruités et les erreurs de calculs trop nombreuses. Des protocoles de correction sont proposés mais ils nécessiteront l’intégration d’un grand nombre de qubits de meilleure qualité si bien que les ressources nécessaires pour les mettre en place vont bien au-delà des capacités de la technologie existante. En attendant, des solutions matérielles et algorithmiques, adaptables à la situation actuelle, sont explorées pour démontrer un réel avantage quantique sur un cas d’usage pratique.
La science et la philosophie, autrefois indissociables, se sont progressivement éloignées au cours du XXe siècle. Pourtant, nombreuses sont les questions scientifiques issues de la réflexion philosophique. De plus, la signification profonde des résultats obtenus par l’intermédiaire des théories scientifiques demande souvent un éclairage philosophique pour être clarifiée. Le dialogue entre scientifiques et philosophes doit donc être restauré pour le bénéfice de la connaissance au sens le plus large du terme. C’est l’objectif de cet ouvrage qui présente les riches débats entre physiciens et philosophes qui se sont tenus à l’Institut sous l’égide de l’Académie des sciences morales et politiques et du Collège de physique et de philosophie.