Les technologies quantiques ?
La mécanique quantique s’est construite dans la première moitié du 20e siècle après les travaux pionniers de Max Planck et Albert Einstein proposant la notion de « quantum ». Cette théorie a révolutionné notre compréhension du monde physique, des particules élémentaires aux molécules et à la biologie. Elle est à la base de nombreux objets du quotidien comme les circuits électroniques ou le GPS. La seconde moitié du 20e siècle a vu des progrès considérables à la fois dans la compréhension des concepts et dans la manipulation des objets quantiques à l’échelle microscopique ou même individuelle. Nous sommes à un moment charnière où des technologies de rupture, basées sur ces concepts fondamentaux, débouchent sur de nouvelles applications inimaginables il y a vingt ans et impactant les capacités de calcul, les méthodes d’optimisation, ou la sécurité des transferts de données.
Les technologies quantiques exploitent les concepts de superposition ou d’intrication ainsi que le contrôle d’objets quantiques individuels pour sécuriser les communications, développer des capteurs ultra sensibles ou révolutionner le calcul et la simulation numérique.
Superposition Quantique
Le monde est tel qu’un objet peut exister dans plusieurs états distincts. On dit que l’objet est dans une superposition quantique d’états quand il se trouve dans plusieurs de ces états simultanément. Mais les états superposés sont fragiles et disparaissent rapidement à notre échelle.
Le chat est-il vivant ET mort ?
E. Schrödinger a imaginé une expérience de pensée pour montrer le caractère paradoxal de la physique quantique appliquée à notre échelle : un chat est enfermé dans une boîte avec un atome radioactif dont la désintégration déclenche l’emission d’un gaz mortel dans la boîte. Si l’atome est à la fois non désintégré ET désintégré, alors le chat est à la fois vivant ET mort ! Pourtant, quand nous ouvrons la boîte, nous observons toujours le chat vivant OU mort.
(photo © Christian Schirm)
Intrication Quantique
La physique quantique permets à deux objets ou plus d’exister dans des états de superposition très spéciaux appelés états intriqués. Alors qu’une mesure de l’un des objets intriqués donne un résultat
complétement aléatoire déterminé lors de la mesure elle-même, cette mesure détermine également instantanément l’état des autres objets, et ce quelque soit la distance qui les sépare.
Albert Einstein a rejeté le concept d’intrication quantique, le qualifiant « d’action fantôme à distance ».
L’intrication constitue une ressource pour stocker, transférer et traiter l’information.
(photo © shutterstock.photo)
INÉGALITÉS DE BELL
J. Bell a compris qu’il existe des expériences (mesure d’inégalités de Bell) permettant de vérifier si le monde est réellement décrit par la seule physique quantique, ou si l’intrication pourrait en fait être décrites par des variables cachées classiques attachées aux objets intriqués. Ces expériences ont montré que de telles variables cachées locales ne peuvent exister.
(photo © Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences)
Violation de l'inégalité de Bell
A. Aspect et son équipe ont utilisé des paires de photons intriqués produites par une source brillante. Les deux photons d’une paire étaient séparés puis mesurés « par surprise » sans qu’ils puissent communiquer entre eux la façon dont ils étaient mesurés. Ils donnaient des résultats à la fois totalement aléatoires chacun, mais exactement opposés l’un à l’autre, sans avoir pourtant embarqué d’informations cachées lors de leur séparation.
Prix Nobel de physique 2022
John Clauser, et Anton Zeilinger.
On peut identifier quatre grande familles d’applications qui structurent les technologies quantiques dans la plupart des actions internationales et font l’objet des quatre axes thématiques du DIM QuanTiP :
- Calcul et informatique quantique,
- Simulateurs quantiques,
- Communications quantiques,
- Capteurs quantiques et métrologie.