Le 4 octobre 2022, le prix Nobel de physique était décerné à Alain Aspect pour ses travaux sur l’intrication quantique. Le même jour, Julien Bobroff publiait Bienvenue dans la nouvelle révolution quantique. Professeur à l’université Paris-Saclay, maître d’œuvre du réseau « La physique autrement » qui vise à ré-imaginer l’enseignement de la physique, ce physicien revient dans son nouvel ouvrage sur l’essor des études quantiques, leurs débouchés éventuels et les difficultés auxquelles elles doivent se confronter.
Le 4 octobre 2022, le prix Nobel de physique était décerné à Alain Aspect pour ses travaux sur l’intrication quantique. Le même jour, Julien Bobroff publiait Bienvenue dans la nouvelle révolution quantique. Professeur à l’université Paris-Saclay, maître d’œuvre du réseau « La physique autrement » qui vise à ré-imaginer l’enseignement de la physique, ce physicien revient dans son nouvel ouvrage sur l’essor des études quantiques, leurs débouchés éventuels et les difficultés auxquelles elles doivent se confronter.
Le prix Nobel de physique 2022 a couronné les expériences pionnières sur l’intrication, une des propriétés les plus intrigantes de la physique quantique. Aux côtés de John Clauser et Anton Zeilinger, figure notre collègue Alain Aspect, dont le travail avait déjà été reconnu par de nombreuses récompenses, comme la médaille d’or du CNRS en 2005 et le prix Wolf de physique en 2010. Nous retraçons ici les grandes lignes du parcours qui lui a valu cette reconnaissance tant attendue, tout en présentant le contexte qui permet de mettre en valeur ses contributions passées et actuelles à l’enseignement et à la recherche.
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.
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.
Notre vie quotidienne est, depuis une trentaine d'années, bouleversée par une révolution technologique qui s'appuie sur des objets comme le transistor ou le laser. Cela n'aurait guère été possible sans l'apport de la physique quantique. Dans un ouvrage qui se veut ouvert à tout public cultivé et pas nécessairement scientifique, l'auteur se propose de donner les clés pour comprendre le fonctionnement d'objets emblématiques créés par l'ingénierie quantique comme les diodes laser ou les horloges atomiques, ainsi que les enjeux de recherches récentes par exemple sur les atomes froids ou les condensats de Bose-Einstein tout en évitant un certain formalisme mathématique élaboré. Il explore en profondeur les principes de ce qu'Alain Aspect a baptisé la « seconde révolution quantique » fondée sur le concept d'intrication, en traitant aussi bien de questions fondamentales comme la non-localité que des développements récents de la cryptographie et du calcul quantiques. Enfin il donne dans les deux derniers chapitres une discussion actualisée des problèmes posés par les fondements de la théorie quantique. Extrait de la préface d'Alain Aspect : « Le livre de Michel Le Bellac a l'immense mérite de tirer les conséquences des avancées récentes, et de présenter de façon synthétique les concepts à la base des deux révolutions quantiques. . . Il a su dégager les points essentiels et choisir quelques exemples importants, sans noyer le lecteur sous une accumulation de phénomènes ».
Notre vie quotidienne est, depuis une trentaine d'années, bouleversée par une révolution technologique qui s'appuie sur des objets comme le transistor ou le laser. Cela n'aurait guère été possible sans l'apport de la physique quantique. Dans un ouvrage qui se veut ouvert à tout public cultivé et pas nécessairement scientifique, l'auteur se propose de donner les clés pour comprendre le fonctionnement d'objets emblématiques créés par l'ingénierie quantique comme les diodes laser ou les horloges atomiques, ainsi que les enjeux de recherches récentes par exemple sur les atomes froids ou les condensats de Bose-Einstein tout en évitant un certain formalisme mathématique élaboré. Il explore en profondeur les principes de ce qu'Alain Aspect a baptisé la « seconde révolution quantique » fondée sur le concept d'intrication, en traitant aussi bien de questions fondamentales comme la non-localité que des développements récents de la cryptographie et du calcul quantiques. Enfin il donne dans les deux derniers chapitres une discussion actualisée des problèmes posés par les fondements de la théorie quantique. Extrait de la préface d'Alain Aspect : « Le livre de Michel Le Bellac a l'immense mérite de tirer les conséquences des avancées récentes, et de présenter de façon synthétique les concepts à la base des deux révolutions quantiques. . . Il a su dégager les points essentiels et choisir quelques exemples importants, sans noyer le lecteur sous une accumulation de phénomènes ».
La physique quantique permet de comprendre en profondeur les phénomènes qui régissent le comportement des solides, des semi-conducteurs, des atomes, des particules élémentaires et de la lumière. Cette nouvelle édition contient trois chapitres entièrement re-rédigés, un nouveau chapitre sur la mécanique quantique relativiste (construction de Wigner et équation de Dirac), une sélection de corrigés d’exercices et de nombreuses mises à jour. Elle offre une approche originale permettant de traiter immédiatement et de façon simple des applications importantes comme l’atome à deux niveaux, le laser ou la résonance magnétique nucléaire. Le formalisme est ensuite développé en privilégiant l’utilisation des symétries et permet de traiter les applications usuelles comme le moment angulaire, les approximations semi-classiques, la théorie de la diffusion ou la physique des atomes et des molécules. L'ouvrage accorde aussi une large place à des domaines nouveaux apparus depuis une trentaine d’années et qui occupent aujourd’hui le devant de la scène : non-localité et information quantiques, refroidissement d’atomes par laser, condensats de Bose-Einstein, états du champ électromagnétique, sujets qui ne sont pas traités dans la plupart des manuels. Ce livre s’adresse aux étudiants de L3 et de master de physique et aux élèves des écoles d’ingénieurs. Il est également susceptible d’intéresser un large public de physiciens, chercheurs ou enseignants, qui souhaitent s’initier aux développements récents de la physique quantique.