L’Année Internationale des Sciences et des Technologies Quantiques débute à l’UNESCO à Paris, avec pour objectif de sensibiliser le monde à l’importance de cette révolution. Le monde de l’infiniment petit, où la physique classique fait face à des paradoxes, est plus que jamais au cœur de l’actualité scientifique.
Ondes et corpuscules : la dualité des particules
Au début du XXe siècle, des physiciens comme Max Planck et Albert Einstein découvrent que les lois de la physique classique, qui expliquent le monde à une échelle macroscopique, ne suffisent plus pour comprendre le comportement des particules à l’échelle quantique. En effet, ces particules se comportent à la fois comme des ondes et des corpuscules, un phénomène que les scientifiques nomment la dualité onde-corpuscule. Par exemple, la lumière, qui manifeste des caractéristiques de vague, peut aussi se comporter comme des quanta, de petits grains d’énergie. Cette découverte bouleverse les bases de la physique traditionnelle.
Un autre aspect fascinant de la physique quantique est la superposition : une particule peut exister simultanément dans plusieurs états différents, comme si elle pouvait se trouver à plusieurs endroits ou posséder plusieurs vitesses à la fois. Ce comportement étrange n’existe pas dans le monde que nous connaissons à grande échelle, mais il devient la norme à l’échelle atomique et subatomique.
Une physique fondée sur les probabilités
Comment décrire un tel phénomène où les particules n’ont pas de propriétés définies, telles que le fameux exemple du chat de Schrödinger, qui est à la fois vivant et mort tant qu’il n’est pas observé ? La réponse se trouve dans les probabilités. En 1925, les physiciens Erwin Schrödinger et Werner Heisenberg développent des outils mathématiques complexes permettant de prédire la probabilité des événements quantiques. Alain Aspect, prix Nobel de physique en 2022, précise que la physique quantique utilise des mathématiques abstraites dans des espaces extrêmement lointains de notre quotidien. Pourtant, cette approche permet de décrire des phénomènes concrets, comme la stabilité de la matière et l’émission de lumière par les atomes.
L’une des autres découvertes majeures liées à la physique quantique est l’intrication. Lorsque deux particules interagissent, elles restent liées même à distance. Cette propriété permet, par exemple, la création de systèmes de communication ultra-sécurisés grâce à des particules intriquées utilisées dans la cryptographie quantique.
Des applications qui révolutionnent notre quotidien
Bien que la physique quantique semble éloignée de nos préoccupations, elle a une présence tangible dans notre quotidien : le transistor, qui se trouve dans tous nos appareils électroniques, le laser, l’IRM et même les LEDs sont des technologies directement issues des avancées quantiques. Cependant, ce n’est que le début. Des applications comme la cryptographie quantique, qui permet de protéger l’information de manière inviolable, et l’ordinateur quantique, sont au centre de l’innovation actuelle.
L’ordinateur quantique a le potentiel de révolutionner des domaines aussi variés que les prévisions météorologiques et l’équilibrage des réseaux électriques, en raison de sa capacité à traiter des calculs complexes bien plus rapidement que les ordinateurs classiques. L’informatique quantique repose sur l’utilisation des qubits, qui, grâce à la superposition et à l’intrication, peuvent prendre une multitude d’états simultanément. Cela permet une puissance de calcul incomparable.
Les défis de l’ordinateur quantique
Cependant, des obstacles majeurs restent à surmonter. Le principal défi est la décohérence quantique : lorsque les qubits interagissent avec leur environnement, ils perdent leurs propriétés quantiques, ce qui introduit des erreurs dans les calculs. Cette décohérence s’aggrave avec le nombre de qubits, et bien que les chercheurs cherchent activement des solutions, l’issue reste incertaine. Alain Aspect se demande s’il n’existe pas des lois fondamentales qui interdisent le bon fonctionnement de l’ordinateur quantique à grande échelle.
