Le prix Nobel de physique 2025 a été décerné à trois chercheurs, dont un Français, pour leurs travaux révolutionnaires ayant permis de mettre en évidence des phénomènes quantiques macroscopiques. Les lauréats ont démontré qu'il était possible d'observer un comportement quantique dans des conditions soigneusement contrôlées, même pour des systèmes de grande taille composés de milliards de ces petites particules. Réalisés dans les années 1980, ces travaux ont jeté les bases du développement de l'informatique quantique et influent encore aujourd'hui sur le domaine.L'informatique quantique est le sous-domaine de l'informatique qui traite des calculateurs quantiques et des modèles de calcul associés. La notion s'oppose à celle d'informatique dite « classique » n'exploitant que des phénomènes décrits par la physique classique, notamment l'électricité ou la mécanique classique. En effet, l'informatique quantique utilise également des phénomènes décrits par la mécanique quantique, comme l'intrication quantique ou la superposition quantique. Les opérations ne sont plus basées sur la manipulation de bits dans un état 1 ou 0, mais de qubits en superposition d'états 1 et 0. Comme toutes les sciences dites « quantiques », l'informatique quantique est une science qui traite de sujets en rapport avec l'infiniment petit. Ainsi, ce qui permet les super-calculateurs quantiques en informatique, c'est l'utilisation d'unités de calculs infiniment petits et pouvant contenir énormément d'informations, qu'on appelle des Qbits (des Qtrits et des Qdits aussi, selon ce qu'on veut faire). Ce traitement particulier a permis notamment des prouesses de miniaturisation et des avancées spectaculaires pour augmenter les cadences de calcul, mais aussi pour construire de nouveaux outils, comme les lunettes quantiques.
Les particules de très petite taille, de l'ordre de l'atome ou moins, se comportent de manière très différente des objets que nous rencontrons dans notre vie quotidienne. Le comportement des petites particules, parfois extrêmement contre-intuitif, est décrit par les lois de la mécanique quantique. Ces particules individuelles semblent exister à plusieurs endroits à la fois (superposition) ou traverser comme par magie des barrières physiques telles que des murs (effet tunnel). Ces propriétés ne sont généralement pas observées chez les objets de grande taille, même s'ils sont constitués des mêmes petites particules.
Le prix Nobel de physique de cette année a été décerné à trois scientifiques qui ont démontré qu'il était possible, même pour de grands systèmes composés de milliards de ces petites particules, de présenter un comportement quantique dans des conditions soigneusement contrôlées. John Clarke, Michel Devoret et John Martinis ont reçu le prix Nobel de physique 2025 « pour la découverte de l'effet tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans un circuit électrique ».
Leurs travaux, réalisés au milieu des années 1980, ont ouvert la voie au développement des ordinateurs quantiques, qui constituent aujourd'hui l'un des domaines les plus actifs de la recherche scientifique.
Effet tunnel
John Clarke, Michel Devoret et John Martinis travaillaient ensemble à l'université de Californie, à Berkeley, lorsqu'ils ont mené une série d'expériences en 1984 et 1985 sur des circuits électriques spéciaux. John Martinis était doctorant, Devoret était post-doctorant et Clarke était leur professeur et directeur de thèse lorsqu'ils ont mené ces travaux.
Pour leurs expériences, ils ont utilisé un dispositif très similaire à celui qui avait déjà valu à Brian Josephson le prix Nobel de physique en 1973. Il s'agissait d'un circuit électrique contenant deux supraconducteurs, des matériaux qui, dans des conditions particulières, permettent à l'électricité de circuler librement sans aucune résistance. Les deux supraconducteurs étaient séparés par un isolant mince, un matériau qui ne laisse passer aucun courant électrique.
Dans des circonstances normales, ce type de circuit ne permettrait pas la circulation du courant, car l'isolant agit comme une barrière. Mais l'utilisation de supraconducteurs (au lieu de matériaux conducteurs normaux) permet la circulation du courant — une découverte qui a valu à Josephson le prix Nobel et qui a donné à la configuration supraconducteur-isolant-supraconducteur le nom de jonction Josephson.
« La supraconductivité elle-même est, en quelque sorte, un comportement quantique. Tous les électrons du matériau se déplacent ensemble de manière coordonnée, comme s'ils faisaient partie d'une seule onde quantique. Dans le type de configuration électrique créée par Josephson, le courant électrique présente un effet tunnel, ce qui n'est pas surprenant pour une particule quantique », explique Rajamani Vijayraghavan, professeur associé au département de physique de la matière condensée et des sciences des matériaux de l'Institut Tata de recherche fondamentale. Vijayraghavan a obtenu son doctorat sous la direction de Michel Devoret et a également collaboré avec les deux autres lauréats.
Les travaux de Josephson ont été révélateurs et ont donné lieu à toute une série de nouvelles applications, par exemple dans le domaine des mesures précises des constantes physiques fondamentales et des...
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