4 février 2025 – L’UNESCO à Paris inaugurera l’année internationale des sciences et technologies quantiques. L’événement vise à accroître la prise de conscience mondiale sur l’importance de cette révolution scientifique qui dure depuis un siècle.
CORPUSCULES ET ONDES
Etienne Klein, physicien et philosophe, dans son livre “Petit voyage dans le monde des quanta” (Flammarion), explique que “Les concepts familiers de la physique classique, pertinents dans un monde limité, échouent de manière spectaculaire aux frontières du monde quantique.” Ce constat a été partagé par des physiciens tels qu’Albert Einstein et Max Planck au début du 20ème siècle. Grâce aux avancées scientifiques et technologiques, des phénomènes auparavant inexplicables par la physique classique ont été observés.
La physique classique distingue deux types d’objets apparemment incompatibles : les “corpuscules”, des entités matérielles localisées, et les ondes, des perturbations transportant de l’énergie. Cependant, la lumière, qui se comporte comme une onde, agit parfois comme si elle était constituée de “quanta” ou grains d’énergie, un terme inventé par Planck. Cette même dualité s’applique à l’électron. Cette observation a conduit à une idée révolutionnaire : dans le monde quantique, les particules agissent à la fois comme des ondes et des corpuscules.
Cette dualité offre aux particules des propriétés inimaginables à l’échelle macroscopique, y compris la superposition. Ainsi, une particule peut occuper plusieurs positions, vitesses ou niveaux d’énergie en même temps.
UNE PHYSIQUE QUANTIQUE BASÉE SUR LES PROBABILITÉS
La description du comportement de ces particules, dont les caractéristiques sont indéterminées, nécessite l’utilisation des probabilités. Cette approche est illustrée par le célèbre exemple du chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort tant qu’il n’est pas observé. En 1925, Erwin Schrödinger et Werner Heisenberg ont développé des outils mathématiques sophistiqués pour prédire les résultats des mesures sur une particule et la probabilité de chaque résultat.
Alain Aspect, lauréat du prix Nobel de physique en 2022, a récemment souligné que “la physique quantique utilise des mathématiques dans des espaces abstraits, très différents de notre réalité. Vous travaillez dans un espace de Hilbert, qui peut avoir un nombre infini de dimensions, en manipulant des objets mathématiques étranges.” Cependant, il a noté que cette approche fonctionne, permettant de comprendre la stabilité de la matière et l’émission de lumière par les atomes. Ces concepts mathématiques permettent également de comprendre l’intrication quantique. Lorsque deux particules interagissent, même à distance, l’état de l’une influence instantanément l’état de l’autre.
DES INNOVATIONS QUANTIQUES SPECTACULAIRES
Bien que la physique quantique semble éloignée de notre quotidien, elle est à la base de nombreuses technologies modernes. Des appareils électroniques aux lasers, en passant par les IRM et les diodes électroluminescentes, tous ces dispositifs doivent leur existence à la physique quantique. Actuellement, des applications révolutionnaires sont en cours de développement. La cryptographie quantique, par exemple, utilise des particules intriquées pour créer des clés de chiffrement inviolables.
L’ordinateur quantique est l’une des innovations les plus prometteuses. Contrairement aux ordinateurs classiques qui utilisent des bits pouvant être soit 0 soit 1, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits. Ces derniers, grâce à l’intrication et à la superposition, peuvent exister dans un état intermédiaire entre 0 et 1, offrant ainsi une puissance de calcul exponentielle. Avec un ordinateur quantique, il serait possible d’effectuer des calculs complexes en un temps record, comme la gestion du réseau électrique ou la modélisation des conditions météorologiques.
Cependant, il reste encore de nombreux défis à relever. La décohérence, qui se produit lorsque les particules interagissent avec leur environnement et perdent leurs propriétés quantiques, est l’un des principaux obstacles. Cette perte de propriétés quantiques entraîne des erreurs de calcul. Plus il y a de qubits, plus la décohérence est importante. Bien que des solutions technologiques soient en cours d’exploration, leur existence n’est pas garantie. Comme l’a souligné M. “Il pourrait y avoir des lois fondamentales qui empêchent le fonctionnement des ordinateurs quantiques au-delà d’une certaine échelle.” Pour ne rien louper de l’actualité liée à la physique quantique, inscrivez-vous à la newsletter btlv.
Bob Bellanca (rédaction btlv source AFP)
