Les Nations Unies ont proclamé 2025 Année internationale des sciences et technologies quantiques (AIQ). 

C’est dans ce cadre que le chercheur Daniel Bloch a fait le déplacement depuis Paris lundi 15 décembre pour donner une conférence sur la physique quantique aux élèves de spécialité physique de notre lycée.

Monsieur Bloch est directeur de recherche émérite au Laboratoire de physique des lasers (LPL) de l’université Paris 13 où il a fait toute sa carrière.

Spécialiste d’optique et de physique quantique, il a retracé les différentes avancées marquantes, depuis 1905, dans ces domaines qui ont souvent abouti à des avancées technologiques. 

En partant de notre échelle, il est petit à petit descendu vers les dimensions atomiques pour montrer qu’à ce niveau c’est la physique quantique qui opère.

Il rappela qu’Albert Einstein avait interprété en 1905 l’effet photoélectrique en postulant l’existence de photons, qui sont des grains de lumière ayant des propriétés de particules. La constante de Planck « h » introduite, de manière empirique, quelques années plus tôt par le fondateur de la physique quantique Max Planck, prit alors tout son sens. 

Une fois les bases théoriques assises, la physique quantique a connu de nombreux succès qui aboutirent à une meilleure compréhension de la matière. Les spectres lumineux et le rayonnement du corps noir ont ainsi pu être clairement expliqués par la physique quantique là où la physique classique n’y parvenait pas.

M. Bloch a ensuite évoqué le microscope à effet tunnel basé sur la possibilité surprenante qu’ont les objets quantiques de pouvoir franchir une barrière de potentiel même si leur énergie est inférieure à ce potentiel. Ce dernier fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le prix Nobel de physique en 1986 pour cette invention. Ce microscope permet d’obtenir des images montrant la morphologie des surfaces au niveau atomique.

Si la validité de la physique quantique n’était alors plus à prouver, c’est son interprétation probabiliste qui fut débattue par Niels Bohr et Albert Einstein pendant près de trente ans. Einstein, défendait une vision déterministe tandis que Niels Bohr pensait que le caractère probabiliste était réellement la marque de ce monde quantique.

Leur débat a finalement été tranché par des expériences de mesures sur des particules intriquées menées par Clauser, Aspect et Zeilinger respectivement en 1972, 1983 et 1998. Les résultats obtenus sont en parfait accord avec les prédictions du formalisme de la physique quantique. Le débat est ainsi clos avec la preuve que la physique quantique est bien complète et de nature probabiliste contrairement à la vision que défendait Einstein.

À partir de là, on parle souvent de seconde révolution quantique avec des applications prochaines dans les domaines tels que la cryptographie quantique qui promet des communications inviolables ou en métrologie quantique qui permettrait une précision encore plus grande et bien sûr dans le domaine informatique avec l’ordinateur quantique qui rendrait possible la réalisation de calculs inaccessibles aux ordinateurs classiques.

Cette conférence a été l’occasion pour les élèves de découvrir des phénomènes très peu enseignés dans le secondaire. Espérons que la curiosité et l’envie de comprendre guideront peut-être certains vers ces nouveaux horizons !