Parmi toutes les inventions que la physique quantique a produites, le laser occupe une place particulièrement importante, tant par la riche histoire des découvertes successives qui ont conduit à sa naissance, que par le rôle qu’il a joué dans la recherche fondamentale et appliquée. Je rappellerai ici la lignée des découvertes théoriques et des expériences qui ont jalonné cette histoire, en me limitant à la contribution des lasers à la science du ciel et en laissant de côté son rôle bien connu dans divers domaines de la technologie. Cette histoire a commencé par les progrès de l’ancienne théorie quantique, de la description théorique de l’émission stimulée par Einstein à la découverte expérimentale de la quantification spatiale du spin de l’électron par O. Stern. La résonance magnétique nucléaire, les horloges atomiques, le pompage optique et les masers ont suivi et le rythme des découvertes s’est accéléré avec l’apparition du laser en 1960. Cette extraordinaire source de lumière a depuis permis des percées en physique fondamentale et ouvert des champs de recherche qui n’auraient même pas pu être imaginés à l’époque de sa naissance. J’ai eu la chance de commencer ma carrière de physicien à ce carrefour de la physique atomique et de l’optique. Je donne dans cet article ma vision personnelle des grandes aventures de la recherche fondamentale auxquelles j’ai participé en tant qu’acteur ou spectateur, depuis le refroidissement et le piégeage d’atomes par la lumière, jusqu’à la physique des gaz quantiques de bosons et de fermions, la manipulation de particules quantiques individuelles et les simulations quantiques. De nombreux autres domaines de la physique fondamentale, que je ne mentionnerai que brièvement, doivent leur développement aux lasers et d’autres avancées sont encore à prévoir dans les années à venir.
Image en vedette : Une mélasse optique : un nuage d’atomes de sodium froids devient fluorescent à l’intersection de trois paires de faisceaux laser contre-propagateurs désaccordés dans le rouge. Le faisceau laser utilisé pour le ralentissement Zeeman des atomes est visible au-dessus du faisceau horizontal de la mélasse. (Avec l’aimable autorisation de W. Phillips.)
Il y a un siècle, des scientifiques pionniers, dont Wolfgang Pauli, Werner Heisenberg et Erwin Schrödinger, ont posé les principes fondamentaux de la mécanique quantique. Pour marquer cette étape, les rédacteurs des revues Physical Review ont rassemblé une collection d’articles marquants qui ont façonné le domaine. L’ensemble de la collection est accessible à partir de ce lien.
La collection commence par l’éditorial suivant de Dagmar Bruß de l’université Heinrich Heine de Düsseldorf.
Éditorial de Physical Review Letters
En cette année internationale des sciences et technologies quantiques, nous célébrons le centenaire de la physique quantique. Cet anniversaire marque les développements théoriques – y compris les formulations de la mécanique quantique par Heisenberg et Schrödinger – qui se sont rapidement déroulés à partir de 1925, en s’appuyant sur des contributions séminales antérieures qui ont établi des concepts quantiques essentiels [1-5].
Cent ans représentent environ trois générations humaines. De la même manière, je considère que le siècle dernier de physique quantique a progressé à travers trois générations consécutives mais entrelacées. La première génération quantique a été une ère de compréhension et de mystères. Les travaux révolutionnaires de cette période ont introduit une description formelle de la réalité physique par la mécanique quantique. En même temps, cette époque a vu les chercheurs essayer de faire face aux phénomènes contre-intuitifs – y compris l’intrication et la non-localité qui en découle – résultant du formalisme quantique.
La deuxième génération quantique a été celle de la consolidation et des applications. Cette ère a donné lieu à la « première révolution quantique », une série de percées technologiques qui ont permis aux effets quantiques de faire partie de notre vie quotidienne. Les lasers, l’imagerie par résonance magnétique et les circuits intégrés sont autant d’exemples de technologies quantiques. La théorie quantique a également commencé à remodeler des domaines tels que la chimie, la science des matériaux, l’astrophysique et la cosmologie. Cette période s’est accompagnée d’une acceptation progressive des effets particuliers apparaissant dans le régime quantique.
La caractéristique de la troisième génération quantique est son lien avec les sciences de l’information. Après avoir accepté la bizarrerie quantique, les scientifiques ont réalisé que le monde quantique possédait une grande puissance inhérente pour le traitement de l’information quantique. En exploitant les lois quantiques de la nature, ils ont conçu des moyens d’effectuer des calculs, des communications, des simulations et des détections avec une efficacité et une sécurité inégalées. Les efforts déployés pour mettre en œuvre ces technologies de rupture sont au cœur de la recherche contemporaine.
Cette collection rassemble des articles jouant un rôle fondamental dans chacune de ces trois générations quantiques. Dans la première génération, le développement de la théorie [6-17] est allé de pair avec la discussion des doutes, des paradoxes et des interprétations possibles de la mécanique quantique [18-22].
Au cours de la deuxième génération quantique, les contributions pionnières comprenaient des aperçus des effets topologiques [23,24], ainsi que la conception d’expériences visant à prouver des propriétés mécaniques quantiques débattues telles que la non-localité [25-27], la contextualité [28] et la dualité particule-onde [29]. Ces idées ont été testées avec succès lors d’expériences lorsque la technologie appropriée est devenue disponible [30-34].
La troisième génération quantique a été ouverte par des articles qui ont jeté les bases de la science de l’information quantique. Le « théorème de non-clonage » [35] a montré la possibilité d’atteindre une sécurité inviolable dans la communication quantique [36]. D’autres articles marquants ont souligné la possibilité de construire un ordinateur quantique universel [37] et d’obtenir un avantage en matière de calcul quantique dans les applications pratiques [38]. Parallèlement à la science de l’information quantique, la recherche fondamentale a commencé à suivre des directions nouvelles et alternatives [39].
Alors que nous entrons dans un nouveau siècle de science quantique, nous nous demandons à quel point les technologies de l’information quantique seront perturbatrices et à quel moment leur impact se fera pleinement sentir. Mais la recherche quantique future devra s’attaquer à bien plus que le développement technologique. Après 100 ans de mécanique quantique, plusieurs questions fondamentales restent partiellement ou totalement non résolues. Pouvons-nous comprendre la frontière entre le monde quantique et le monde classique ? Comment les lois de la thermodynamique classique peuvent-elles émerger de la mécanique quantique ? La gravité peut-elle être quantifiée et comment les expériences peuvent-elles rechercher des signatures de la gravité quantique ? De nombreuses autres questions se poseront, que nous ne pouvons même pas imaginer aujourd’hui.
Il est certain que la recherche sur les aspects fondamentaux de la physique quantique sera aussi nécessaire à l’avenir qu’elle l’a été au cours du premier siècle. Et comme l’histoire l’a amplement montré, les soi-disant « sauts quantiques » dans la technologie sont généralement le fruit d’avancées fondamentales.
Walther Gerlach et Otto Stern, Der experimentelle Nachweis der Richtungsquantelung im Magnetfeld, Z. Phys. 9, 349 (1922).
Arthur Compton, A quantum theory of the scattering of x-rays by light elements (théorie quantique de la diffusion des rayons X par les éléments légers), Phys. Rev. 21, 483 (1923) .
Wolfgang Pauli, Über den Einfluß der Geschwindigkeitsabhängigkeit der Elektronenmasse auf den Zeemaneffekt, Z. Phys. 31, 373 (1925).
George E. Uhlenbeck et Samuel Goudsmit, Ersetzung der Hypothese vom unmechanischen Zwang durch eine Forderung bezüglich des inneren Verhaltens jedes einzelnen Elektrons, Zuschriften Und Vorläufige Mitteilungen 13, 953 (1925).
Albert Einstein, Boris Podolsky, et Nathan Rosen, Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete ? Phys. Rev. 47, 777 (1935) .
Niels Bohr, La description de la réalité physique par la mécanique quantique peut-elle être considérée comme complète ? Phys. Rev. 48, 696 (1935) .
Daniel M. Greenberger, Michael A. Horne, Abner Shimony, et Anton Zeilinger, Théorème de Bell sans inégalités, Am. J. Phys. 58, 1131 (1990) .
Lucien Hardy, Nonlocalité pour deux particules sans inégalités pour presque tous les états intriqués, Phys. Rev. Lett. 71, 1665 (1993) .
Simon Kochen et Ernst Specker, Le problème des variables cachées en mécanique quantique, J. Math. Mech. 17, 59 (1967) .
John A. Wheeler, The « past » and the « delayed-choice » double-slit experiment, Mathematical Foundations of Quantum Theory, édité par A. R. Marlow (Academic Press, New York, 1978), pp. 9-48, 10.1016/B978-0-12-473250-6.X5001-8.
Alain Aspect, Jean Dalibard, et Gérard Roger, Experimental test of Bell’s inequalities using time-varying analyzers, Phys. Rev. Lett. 49, 1804 (1982) .
X.Y. Zou, L. J. Wang, et L. Mandel, Induced coherence and indistinguishability in optical interference, Phys. Rev. Lett. 67, 318 (1991) .
Vincent Jacques, E Wu, Frédéric Grosshans, François Treussart, Philippe Grangier, Alain Aspect, et Jean-François Roch, Experimental realization of Wheeler’s delayed-choice gedanken experiment, Science 315, 966 (2007).
B. Hensen et al, Loophole-free Bell inequality violation using electron spins separated by 1.3 kilometres, Nature (London) 526, 682 (2015); Marissa Giustina et al, Significant-loophole-free test of Bell’s theorem with entangled photons, Phys. Rev. Lett. 115, 250401 (2015) ; Lynden K. Shalm et al, Strong loophole-free test of local realism, 115, 250402 (2015).
Charles H. Bennett et Gilles Brassard, Quantum cryptography : Public key distribution and coin tossing, Proceedings of the International Conference on Computers, Systems & Signal Processing (1984), Vol. 1, pp. 175-179.
David Deutsch, La théorie quantique, le principe de Church-Turing et l’ordinateur quantique universel, Proc. R. Soc. A 400, 97 (1985) .
Peter W. Shor, Algorithms for quantum computation : Discrete logarithms and factoring, Proceedings 35th Annual Symposium on Foundations of Computer Science, Santa Fe, NM (1994), pp. 124-134 ; L. K. Grover, Quantum mechanics helps in searching for a needle in a haystack, Phys. Rev. Lett. 79, 325 (1997) .
Nous avons parlé de la signification du terme « quantique », mais qu’est-ce que la « mécanique quantique » ?
La mécanique quantique est un ensemble de règles très générales régissant le monde physique qui a été développé à partir de 1925. L’année 2025 a été choisie comme Année internationale des sciences et technologies quantiques parce qu’elle marque le centenaire de la mécanique quantique. Nous avons parlé ailleurs de la signification du terme « quantique » ; la partie mécanique fait référence à un ensemble systématique de règles qui peuvent être largement appliquées pour décrire la façon dont les choses bougent et changent.
Les termes « mécanique quantique » et « théorie quantique » ont-ils la même signification ?
Ces termes sont souvent utilisés de manière interchangeable, mais une distinction conceptuelle et historique peut être faite entre eux. Les historiens font généralement remonter le début de la théorie quantique à l’année 1900. C’est la première fois qu’une hypothèse quantique – en l’occurrence, que l’énergie se présente en morceaux dénombrables – a été introduite pour tenter de comprendre un phénomène physique. Il est devenu évident que cette hypothèse était utile, mais il y avait un désaccord à l’époque sur sa signification physique. Entre 1900 et 1925, d’autres phénomènes physiques ont été expliqués à l’aide de cette hypothèse et d’autres hypothèses quantiques. Il s’agit d’une période de la théorie quantique, parfois appelée aujourd’hui « ancienne théorie quantique », mais qui a précédé l’apparition de la mécanique quantique.
Qu’est-ce qui a changé pour passer de la théorie quantique à la mécanique quantique ?
Au cours de la période 1900-1925, il n’y avait pas de cohérence dans la manière et le moment d’appliquer ces hypothèses quantiques pour expliquer les expériences et faire des prédictions. Parfois, elles semblaient fonctionner de manière spectaculaire, ce qui donnait à beaucoup de gens l’assurance que l’idée devait être valable. Mais bien d’autres fois, les scientifiques ont essayé d’utiliser ces hypothèses pour modéliser ou prédire des choses, et le modèle n’avait aucun sens, ou les prédictions étaient fausses. Le fait est qu’il n’y avait pas de méthode systématique pour appliquer les idées de la théorie quantique à différents systèmes physiques. Une méthode systématique serait une « mécanique ».
Et cette méthode systématique a été mise au point en 1925 ?
Les bases, oui. Il a fallu quelques années pour mettre au point le cadre de base et certains ensembles généraux de principes à suivre afin de pouvoir les appliquer systématiquement à un large éventail de problèmes. Aujourd’hui encore, des chercheurs s’efforcent de réviser et d’étendre ce cadre, mais de nombreux éléments essentiels de la mécanique quantique ont été mis en place en 1925. Le terme « mécanique quantique » a commencé à être largement utilisé dans les années 1920 pour décrire ces règles systématiques. C’est également une expression qui distingue cette nouvelle mécanique de ce que l’on appelle aujourd’hui la « mécanique classique ».
Qu’est-ce que la « mécanique classique » ?
La mécanique classique, ou parfois simplement « mécanique », est le cadre de description du mouvement des objets massifs qui a été initialement développé au17e siècle. Ce cadre est un ensemble de règles générales qui peuvent être utilisées pour décrire l’orbite des planètes autour du soleil ou la vitesse à laquelle un objet tombé tombe sur le sol.
Il s’agit d’idées telles que « à toute action correspond une réaction égale et opposée » et d’autres règles du mouvement.?
Oui, tout à fait. Les règles de la mécanique classique sont toujours très utiles et souvent plus faciles à utiliser que celles de la mécanique quantique, mais la mécanique quantique est une théorie encore plus vaste qui, selon de nombreux scientifiques, supplante les règles de la mécanique classique. On peut dire qu’à la fin duXIXe siècle, les scientifiques pensaient disposer d’une bonne théorie systématique sur la façon dont la matière se déplaçait – c’est la mécanique classique – et d’une bonne théorie systématique sur le fonctionnement de la lumière – c’est la description de la lumière par les ondes électromagnétiques. Cependant, la compréhension de l’interaction entre la lumière et la matière posait un certain nombre de problèmes. Entre 1900 et 1925, certaines de ces énigmes ont semblé être résolues grâce aux idées quantiques, mais il n’y avait pas de compréhension systématique de la manière dont la lumière et la matière interagissaient dans tous les cas.
Et la mécanique quantique a fourni un moyen systématique de comprendre comment la lumière et la matière interagissent ?
Non seulement la mécanique quantique a fourni une description complète de la manière dont la lumière et la matière interagissent, mais ce faisant, elle a radicalement modifié notre compréhension de la lumière et de la matière et des règles qui les régissent. Les anciennes règles « classiques » régissant la matière et la lumière se sont révélées n’être que des approximations d’une description quantique plus riche de la matière, de la lumière et de leurs interactions.
Rédigé par Paul Cadden-Zimansky, professeur associé de physique au Bard College et coordinateur mondial de l’AIV.
La personnage officiel de l’AIV, Quinnie, a été créée par Jorge Cham, alias PHD Comics, en collaboration avec Physics Magazine. Tous droits réservés.
Le DPG lance la ressource en ligne « Un mur d’histoire de la physique quantique » dans le cadre de l’Année internationale des sciences et technologies quantiques.
La Deutsche Physikalische Gesellschaft (Société allemande de physique | DPG) a lancé un site web qui offre un aperçu de l’histoire de la physique quantique à plusieurs niveaux. Le site quantum-history.org utilise une approche visuelle du développement de la physique quantique et de la mécanique quantique en particulier, dont le développement historique, comme les théories et les expériences elles-mêmes, est complexe. Le site propose des versions en anglais et en allemand.
Les personnes intéressées peuvent désormais explorer la physique quantique en ligne : termes et concepts, théories et interprétations, instruments, expériences et mesures. Les éléments visuels sont associés à de courts textes ou à des « collations historiques » qui expliquent le contexte physique et historique de la manière la plus concise et la plus compréhensible possible.
« Au lieu de s’intéresser aux personnes, à leurs souvenirs et à leurs points de vue, l’accent est mis ici sur la physique elle-même », explique Arne Schirrmacher, chef de projet. « L’histoire est présentée visuellement : par des courbes, des formules, des dessins, des notes et des diagrammes qui représentent les principales avancées, mais aussi par des photos et des citations qui expliquent le contexte et les conflits dans le développement de la physique quantique. »
Les historiens de la physique et les physiciens intéressés par l’histoire de la physique ont étudié de manière intensive l’histoire de la théorie quantique au cours des deux dernières décennies. Le projet d’histoire quantique a apporté une contribution significative entre 2006 et 2012, en rassemblant un groupe international de chercheurs de l’Institut Max Planck pour l’histoire des sciences et de l’Institut Fritz Haber de la Société Max Planck. Cela a conduit à l’établissement d’un réseau plus large d’historiens quantiques qui est toujours actif aujourd’hui et qui a contribué au Mur de l’histoire.
« Les applications futures des innovations basées sur la physique quantique sont diverses et leur portée totale n’est pas encore prévisible », déclare Klaus Richter, président de la Société allemande de physique. En Allemagne, l’Année internationale des quanta est donc également célébrée sous la devise « 100 ans, ce n’est qu’un début ».
Le « Mur de l’histoire quantique » a été réalisé avec le soutien de la Fondation Wilhelm et Else Heraeus et constitue une contribution du DPG à l’Année internationale de la science et de la technologie quantiques. Nous remercions également les éditeurs et institutions participants, tels que l’American Physical Society, la Heisenberg Society, le Deutsches Museum, Wiley-VCH, Hirzel, Springer Nature et d’autres, qui ont généreusement accordé des droits d’utilisation gratuits pour de nombreux documents d’archives et photographies.
Le mur de l’histoire fait également partie de l’exposition spéciale « Was zum Quant ! », organisée par la DPG et présentée au Forum Wissen, le musée de la connaissance de l’université de Göttingen, jusqu’en octobre 2025.
LONDRES – 28 avril 2025 – L’Année internationale des sciences et technologies quantiques (AISQ) 2025 de l’UNESCO annonce aujourd’hui le lancement de Quantum 100: A global snapshot of careers & community, une initiative mondiale majeure visant à célébrer les diverses personnes à l’origine des sciences et technologies quantiques.
Des chercheurs aux décideurs politiques, des éducateurs aux entrepreneurs, des étudiants aux communicateurs, The Quantum 100 récompensera et soutiendra 100 professionnels de l’informatique quantique du monde entier.
Pour être pris en considération, l’AQI demande des contributions importantes à la science et à la technologie quantiques ou à la communauté quantique dans les domaines suivants :
L’académie
Arts
Communication
L’éducation
Gouvernement
L’industrie
Philanthropie
Les candidatures sont ouvertes à partir d’aujourd’hui et jusqu’au 28 mai.
Le nom et la photo de chaque personne faisant partie du Quantum 100 figureront dans une galerie en ligne sur le site web de l’AIV, avec des détails sur ses réalisations. Les candidatures seront examinées par les membres du comité directeur de l’AIV, un consortium international de scientifiques et de décideurs politiques. L’annonce des 100 personnalités quantiques débutera le 29 juillet, pour coïncider avec les 100 ans de la publication de l’article « magique » de Werner Heisenberg qui a conduit au développement du nouveau modèle de mécanique quantique.
« Le Quantum 100 s’inscrit dans le véritable esprit de l’AIV » , a déclaré Sir Peter Knight,
Professeur à l’Imperial College de Londres, président de l’Institut de métrologie quantique au National Physical Laboratory et coprésident du comité directeur de l’AIV. « Les sciences quantiques et la communauté quantique au sens large sont portées par une cohorte d’individus diversifiés et ouverts sur le monde. Avec cette initiative, nous célébrerons les rôles et les contributions de ces personnes et, ce faisant, nous inspirerons la prochaine génération de talents quantiques. L’un des objectifs de l’AQI est que tout le monde, partout, puisse participer, et le Quantum 100 est un rappel opportun de la diversité des personnes qui participent déjà à l’industrie quantique et qui y prospèrent dans le monde entier.
Silvina Ponce Dawson, présidente de l’UIPPA (Union internationale de physique pure et appliquée), a ajouté :
« La diversité étant la clé de l’effort scientifique, The Quantum 100 représente une initiative importante et opportune pour mettre en lumière la manière dont la science et la technologie quantiques peuvent être abordées sous différentes perspectives. J’espère vraiment que Quantum 100 inspirera d’autres activités et contribuera à accroître la diversité dans un domaine qui a déjà un impact considérable sur la société humaine dans le monde entier ».
À propos de l’Année internationale des sciences et technologies quantiques :
Les Nations unies ont déclaré 2025 Année internationale des sciences et technologies quantiques (AISQ) pour marquer le 100e anniversaire de l’étude de la mécanique quantique et pour sensibiliser le public à l’importance et à l’impact de la science et des applications quantiques sur tous les aspects de la vie. Elle vise également à inspirer la prochaine génération de scientifiques quantiques et à améliorer la future main-d’œuvre quantique en mettant l’accent sur l’éducation et la sensibilisation. N’importe qui, n’importe où, peut participer à l’AQI en aidant d’autres personnes à en apprendre davantage sur la quantique ou simplement en prenant le temps d’en apprendre davantage sur le sujet.
La technologie quantique a été mise à l’honneur à Berlin le 14 avril. Le point d’orgue a été le retour solennel de la source lumineuse QuanTour à Urania, conclusion symbolique d’un voyage d’un an à travers les institutions de recherche européennes. Le QuanTour a relié des laboratoires et des universités de toute l’Europe, en prélude à l’Année internationale des sciences et technologies quantiques de cette année.
« Avec le QuanTour, nous voulions donner un exemple de mise en réseau, de transparence et d’enthousiasme pour la technologie quantique », expliquent les initiateurs, Doris Reiter et Tobias Heindel, qui ont eu l’idée du projet il y a deux ans. « En raison du grand intérêt qu’elle a suscité, la source lumineuse QuanTour s’arrêtera encore une fois en Turquie avant d’être transmise à la Physikalisch-Technische-Bundesanstalt.
Mesurer la même source de lumière quantique plus d’une douzaine de fois dans différents laboratoires est une expérience unique et une étape importante vers l’établissement de normes pour les technologies quantiques. Parallèlement, le QuanTour a rendu la recherche quantique visible au public dans toute l’Europe : les chercheurs ont donné un aperçu des laboratoires de physique et de leur vie quotidienne dans le domaine scientifique via Instagram et dans un podcast.
Outre le retour de la source lumineuse, la Journée mondiale quantique a proposé un programme varié comprenant de nombreuses expériences interactives, des ateliers et une exposition pratique. Lors de l’atelier sur la cryptographie quantique, les élèves ont pu expérimenter de manière ludique la transmission d’une clé secrète sous la forme d’une séquence aléatoire de bits à l’aide de photons individuels, et vérifier si cette transmission était interceptée. Un autre atelier a illustré la conductance quantifiée. Grâce à leurs compétences expérimentales, les participants ont pu observer les sauts quantiques dans la conductance d’un fil d’or à l’aide d’un oscilloscope, en écartant délicatement deux fils d’or.
Dans l’exposition pratique, les phénomènes quantiques tels que la superposition et l’enchevêtrement ont été rendus accessibles de manière ludique, par exemple avec le jeu Quantum Tic-Tac-Toe du Junge Tüftler:innen ou l’œuvre d’art Quantum Jungle, qui visualise l’équation de Schrödinger. L’analogue Paul Trap de Q-Bus exigeait de l’habileté dans la manipulation d’un piège à ions en bois. Le programme était complété par l’exposition itinérante Rethinking Physics, qui mettait en lumière le rôle des femmes dans la science. Les stands de Leap, AQLS, Berlin Partner, BTU et The Science Talk ont fourni des informations sur les multiples facettes du paysage quantique à Berlin.
Le clou de la soirée a été un slam de science quantique : cinq jeunes chercheurs ont présenté leurs travaux scientifiques de manière créative et facile à comprendre, depuis les films moléculaires et les ordinateurs quantiques à poussière d’étoiles jusqu’aux émotions quantiques dépendantes du mouvement. La journaliste scientifique et physicienne Sabrina Patsch, qui a expliqué avec humour l’intrication quantique à l’aide des animaux fictifs Quaninchen et Queerschweinchen, a remporté le slam.
Entretien avec Catherine Lefebvre, conseillère principale au Geneva Science and Diplomacy Anticipator (GESDA) pour l’Open Quantum Institute, une initiative du GESDA hébergée par le CERN.
Imaginez que nous sommes en 2035. L’informatique quantique a atteint une certaine maturité, révolutionnant les industries et résolvant des problèmes complexes à une échelle sans précédent. Les grandes entreprises s’appuient sur les systèmes quantiques pour accélérer l’innovation technologique. Mais ces progrès ont-ils été partagés équitablement ? La technologie quantique a-t-elle été utilisée pour relever les défis les plus urgents de l’humanité, tels que le renforcement de la sécurité alimentaire mondiale, l’amélioration de l’accès aux médicaments essentiels à un prix abordable et la réduction des émissions de carbone ? Ou est-elle restée entre les mains d’une minorité, creusant ainsi le fossé entre ceux qui en ont bénéficié et ceux qui en ont été privés ?
Dans le cadre de l’Année internationale de la science et de la technologie quantiques, nous avons interviewé la scientifique Catherine Lefebvre, spécialiste de l’exploration de scénarios liés à l’informatique quantique. Elle est conseillère principale auprès de l’Open Quantum Institute du Geneva Science and Diplomacy Anticipator (GESDA).
Lauréat 2025 du Prix de l’Innovation du Point.
“Chez GESDA, notre travail consiste à anticiper les avancées scientifiques et technologiques des 5 à 25 prochaines années, ainsi que les défis potentiels qui en découleront, non seulement dans le domaine quantique, mais aussi dans de nombreux autres domaines scientifiques. À partir de ces défis, nous explorons les opportunités potentielles afin de nous assurer que ces avancées puissent profiter à tous, et pas seulement aux pays riches qui développent et utilisent généralement ces technologies. Avec une équipe d’experts, nous travaillons à accélérer la recherche de solutions et à les transformer en actions concrètes qui pourraient conduire à un meilleur scénario pour tous. C’est ainsi que nous avons co-créé l’Open Quantum Institute » , a expliqué Catherine.
Préoccupée par l’impact des technologies émergentes sur l’humanité, elle et ses collègues, en étroite collaboration avec des experts en recherche, en diplomatie, en industrie et en impact à travers le monde, ont lancé en octobre 2022 l’Open Quantum Institute (OQI), une initiative audacieuse visant à rendre l’informatique quantique plus inclusive et plus bénéfique pour notre société et notre planète. » La mission de l’OQI est de promouvoir un accès mondial, équitable et inclusif à l’informatique quantique et, à travers cela, d’explorer les applications de l’informatique quantique qui pourraient bénéficier à l’humanité. »
L’histoire nous a appris que lorsque des technologies transformatrices, telles que les réseaux sociaux ou l’intelligence artificielle, sont concentrées entre les mains d’une poignée d’acteurs, les conséquences peuvent être profondes et imprévisibles. Aujourd’hui, à l’aube de l’ère quantique, nous nous trouvons à un tournant similaire. Si l’on examine l’informatique quantique dans une perspective internationale, on constate des disparités frappantes : de nombreux pays ne disposent pas des infrastructures, de l’expertise ou des fonds nécessaires pour participer, laissant ainsi un vaste potentiel inexploité. Si la technologie quantique devient l’apanage des nations ou des entreprises les plus riches, nous risquons d’aggraver la fracture numérique et de renforcer les inégalités mondiales.
Catherine explique avec enthousiasme comment elle s’est impliquée dans la GESDA et comment elle et ses collègues ont contribué à la création de l’Open Quantum Institute :
“Je suivais une formation en diplomatie scientifique pendant la pandémie lorsque j’ai eu l’occasion de découvrir le GESDA. Grâce à mon mentor, le professeur Barry Sanders, j’ai pu rejoindre le groupe de travail sur l’initiative quantique, et peu après, mon implication s’est accrue et je suis devenu membre de l’équipe du GESDA, en tant que bénévole. Nous avons co-conçu une solution qui répondrait aux opportunités offertes par le quantique, et l’avons traduite en un institut, qui est aujourd’hui l’OQI. À l’approche de la fin de la phase d’incubation de l’OQI en 2023, nous avons confirmé que le CERN serait notre partenaire pour héberger l’institut et l’aider à se développer pendant les trois années de la phase pilote, avec le soutien d’UBS. [la banque suisse UBS Group AG]. Nous avons officiellement lancé nos activités au CERN en mars 2024 et nous célébrons aujourd’hui le succès de cette première année pilote ! »
Alors, quelle est exactement la mission de l’Open Quantum Institute, et quelles mesures ses parties prenantes prennent-elles ? Catherine répond à ces questions avec clarté et perspicacité.
91e Congrès Acfas à Ottawa, mai 2024 – Panel sur la diplomatie scientifique.
Un avenir quantique prometteur pour tous repose sur quatre piliers d’activité
Premier pilier d’activité : accélérer les applications au service de l’humanité
“Le premier pilier des activités de l’OQI consiste à explorer les applications. Nous utilisons le cadre des objectifs de développement durable (ODD) des Nations unies et au-delà pour explorer les domaines dans lesquels les approches de l’informatique quantique pourraient être appliquées à des problèmes pertinents qui contribueraient à accélérer la réalisation des ODD. Pour cela, nous avons constitué des équipes multidisciplinaires composées d’experts en informatique quantique, d’experts en la matière et d’organisations des Nations unies ou de grandes ONG du monde entier afin d’explorer les cas d’utilisation potentiellement efficaces de l’informatique quantique. ”
Deuxième pilier d’activité : l’accès pour tous
“Une fois que les cas d’utilisation ont atteint une maturité suffisante, nous collaborons avec des partenaires industriels qui font don de crédits pour la mise en œuvre sur des appareils quantiques : d’abord sur des simulateurs, puis sur des QPU [unités de traitement quantique]. C’est le deuxième pilier : se concentrer sur l’accès. ”
Troisième pilier d’activité : Renforcer les capacités
« Le troisième pilier d’activité se concentre sur la manière de se développer à l’échelle mondiale, d’accompagner les régions peu desservies par la technologie quantique dans leur transition vers le quantique et, à terme, de participer à l’exploration de cas d’utilisation basés sur leurs propres défis locaux. Cela vise à accroître l’inclusivité et l’accès équitable grâce à des activités de formation et de perfectionnement.
L’année dernière, nous avons lancé un consortium éducatif avec plusieurs prestataires de formation universitaire et industrielle afin de partager les meilleures pratiques, de rassembler des ressources et de les rendre accessibles aux zones géographiques ciblées, à savoir l’Afrique, l’Asie du Sud-Est et l’Amérique latine.
En collaboration avec les membres du consortium éducatif, l’OQI aide les organisations locales à mettre en place des activités éducatives, telles que des hackathons. Par exemple, un hackathon soutenu par l’OQI sera organisé à Ghana en juillet, et plusieurs autres en Grèce, en Égypte, en Thaïlande, etc., en 2025 et 2026. De plus, nous recherchons des programmes de mentorat et de stages contribuant à renforcer les capacités de connaissances à l’échelle mondiale. ”
Quatrième pilier d’action : Activer la gouvernance multilatérale pour les ODD
« Les autres publics cibles de l’OQI en matière d’éducation sont les diplomates, les ambassadeurs et les décideurs politiques. Cela renvoie au quatrième pilier, qui concerne la gouvernance et la diplomatie scientifique. En fournissant aux diplomates des informations scientifiques sur ce qu’est la quantique, où nous en sommes en termes de développement technologique, quels sont les défis potentiels et les implications géopolitiques, nous offrons une plateforme neutre multipartite pour favoriser un dialogue multilatéral dans le but d’accélérer une approche efficace en matière de gouvernance.
Nous avons conçu un jeu intitulé « Quantum Diplomacy Game », qui est une simulation sous forme de jeu de rôle visant à plonger les participants dans l’anticipation des implications géopolitiques de l’informatique quantique et à explorer activement la gouvernance multilatérale. Ce jeu a été testé à Washington et à l’Université technique de Munich au début de cette année et sera « joué » aux Philippines, au Costa Rica, etc. pendant la phase pilote de l’OQI. »
Q2B Silicon Valley, décembre 2024. Table ronde sur le quantique et la durabilité.
Relever les défis persistants pour garantir une technologie quantique au service du bien commun et pour tous
Alors que Catherine réfléchit à la nature collaborative du travail de l’Open Quantum Institute, elle souligne les principaux défis auxquels ils sont confrontés : combler les lacunes en matière d’expertise et de communication entre les différents acteurs et les différentes zones géographiques.
“L’un de nos grands défis réside dans la traduction. Je vais vous donner un exemple concret de développement de cas d’utilisation. Comme il s’agit d’équipes multidisciplinaires, nous devons constamment trouver un moyen de parler un langage commun pour que la collaboration entre, par exemple, les experts en informatique quantique et les experts du domaine soit efficace.
Un autre défi consiste à améliorer les compétences des chercheurs et des développeurs qui souhaitent participer en apportant des idées pour mener à bien un cas d’utilisation. Nous avons développé une méthodologie rigoureuse pour guider les participants de la conception à la validation du concept, afin que des cas d’utilisation solides puissent déboucher sur une mise en œuvre sur des ordinateurs quantiques à l’avenir. À l’heure actuelle, trop peu de participants issus de régions peu desservies par la technologie quantique ont le niveau requis pour contribuer de manière significative à l’élaboration de cas d’utilisation solides. Il reste donc beaucoup à faire pour l’OQI et ses collaborateurs. Telle est la réalité, qui confirme la nécessité de nos activités de formation. ”
Si ces défis soulignent la complexité de la mise en place de cas d’utilisation quantiques inclusifs et de haute qualité, Catherine insiste sur l’importance de favoriser la collaboration par la rigueur, la résilience et la résolution pratique des problèmes.
“Nous devons être réalistes : personne n’apprend la physique quantique du jour au lendemain, et tout le monde n’a pas besoin de connaître en profondeur l’informatique quantique. Lorsque l’on explore des cas d’utilisation, il est important de faire appel à des experts locaux qui connaissent les défis et les réalités de leur région, afin que ces cas d’utilisation puissent avoir un impact réel, en particulier dans les communautés et les régions défavorisées. Par exemple, dans certaines régions, les populations souhaitent s’impliquer activement dans la prévention des catastrophes naturelles et savoir comment prédire les inondations avec plus de précision grâce à l’informatique quantique. C’est un problème réel en Malaisie, par exemple, qui leur tient particulièrement à cœur. Chez OQI, nous soutenons le développement de cas d’utilisation qui auront un impact significatif et collaborons avec les populations locales afin que cet impact puisse bénéficier aux pays touchés. .”
Atelier technique de l’OQI sur les approches quantiques lors du sommet GESDA, octobre 2024 Crédit : Marc Bader.
La passion pour la science et la collaboration comme motivation pour favoriser les changements mondiaux
L’approche OQI reflète plus qu’une simple stratégie : elle témoigne des valeurs qui ont guidé Catherine depuis ses débuts. Elle n’est pas seulement motivée par la technologie en soi, mais aussi par la collaboration mondiale qu’elle peut favoriser et les défis mondiaux qu’elle peut permettre de relever. Une passion profonde pour la science quantique et une forte conviction dans le pouvoir de la collaboration ont façonné le parcours professionnel de cette femme remarquable dans le domaine de la quantique depuis son plus jeune âge.
“À l’âge de six ans, j’ai décidé que je voulais devenir chimiste, même si à cet âge-là, je ne savais pas vraiment ce que cela signifiait ! Au cours de mes études de premier cycle, j’ai découvert que je détestais les laboratoires de chimie expérimentale. Heureusement, j’ai rapidement trouvé un cours sur la mécanique quantique appliquée à la chimie et je me suis dit : « Ça y est, c’est ça que je veux apprendre ». J’ai fini par faire un doctorat en chimie théorique et physique moléculaire. J’ai ensuite travaillé comme chercheuse pendant plusieurs années. Outre la physique quantique, ma passion pour la collaboration s’est développée depuis mes années de doctorat. Ma thèse de doctorat était en cotutelle entre deux universités, au Québec et à Paris, et j’ai appris à établir des ponts entre les départements de chimie et de physique de deux pays différents. En tant que théoricienne, j’ai également participé à des collaborations multinationales avec des expérimentateurs. Le fait d’être exposée à différentes cultures scientifiques et à différentes approches de la science a été merveilleux. Cette exposition précoce a nourri ma passion pour la collaboration et a façonné mon rôle et ma carrière de chercheuse, et m’a conduite à la diplomatie scientifique. .”
Même si 2035 n’est pas si loin, l’informatique quantique en est encore à ses balbutiements. L’avenir est grand ouvert, ce qui signifie que nous avons une occasion unique de contribuer à façonner son avenir pour le bien de tous. Et tout le monde peut y participer.
« Pour participer à la diplomatie scientifique sur le terrain, comme nous le faisons à l’OQI dans le domaine de l’informatique quantique, il n’est pas nécessaire d’être un expert en quantique. Pour les non-initiés, c’est l’occasion de se tenir informé des avancées scientifiques et de participer activement à la construction de l’avenir grâce au dialogue et aux échanges entre scientifiques et décideurs. »
Si l’OQI se concentre principalement sur l’informatique quantique, d’autres technologies quantiques émergentes pourraient également contribuer à la réalisation des objectifs de développement durable (ODD). Il est essentiel que les diplomates et les organisations telles que la GESDA restent attentifs à ces évolutions. »Mon message à tous est qu’il est important d’être curieux, de comprendre l’importance de la coopération à la croisée de la science et de la diplomatie. Nous avons cette formidable opportunité de mettre la technologie quantique au service de l’humanité tout entière, c’est maintenant qu’il faut agir. .”
Aujourd’hui, 1er avril 2025, la ville de Göttingen est célébrée en tant que site historique de la Société européenne de physique (EPS), en reconnaissance des contributions apportées par les scientifiques travaillant dans la ville à la fondation et au développement de la physique quantique. À cette occasion, la Société européenne de physique (EPS) et ses sociétés membres, la Société autrichienne de physique, la Société danoise de physique, la Société française de physique, la Société finlandaise de physique, la Société allemande de physique, l’Institut de physique (Royaume-Uni et Irlande), la Société italienne de physique, la Société lituanienne de physique, la Société des physiciens de Macédoine, la Société polonaise de physique, la Société royale espagnole de physique et la Société suisse de physique souhaitent également se tourner vers l’avenir en publiant une déclaration commune sur l’avenir de la science quantique.
La science quantique reste un domaine en plein essor, qui apporte des résultats nouveaux et inattendus. Les technologies basées sur ces découvertes peuvent changer des vies, relever des défis sociétaux et stimuler le progrès scientifique et économique.
La Société européenne de physique (EPS) est une association à but non lucratif qui compte parmi ses membres 42 sociétés nationales de physique en Europe, des personnes issues de tous les domaines de la physique, des institutions de recherche européennes et des entreprises spécialisées dans la physique. En tant que société savante, l’EPS s’engage dans des activités qui renforcent les liens entre les physiciens en Europe. En tant que fédération de sociétés nationales de physique, l’EPS défend les questions d’intérêt commun à tous les pays européens en matière de recherche en physique, de politique scientifique et d’éducation.
– Allez sur www.eps.org – EPS Contact : anne.pawsey@eps.org
Il est intéressant de noter que si vous posez cette question à différents scientifiques, vous obtiendrez probablement des réponses différentes. Il existe des liens entre les différentes réponses, mais le plus simple est de commencer par une réponse que vous pourriez obtenir fréquemment : L’une des premières utilisations du mot « quantum » dans le contexte de la science quantique est l’expression « quanta de lumière », c’est-à-dire l’idée qu’il y a quelque chose de dénombrable dans la lumière. Cette expression se comprend plus facilement en termes d’énergie que la lumière transporte d’un endroit à un autre.
Voulez-vous dire que si vous vous exposez à la lumière du soleil, vous sentez qu’elle vous réchauffe ?
Oui, tout à fait. L’énergie de la lumière provient du soleil, parcourt des millions de kilomètres dans l’espace et frappe votre peau, la réchauffant. Plus vous restez longtemps au soleil, plus votre peau absorbe d’énergie. En principe, ce transfert d’énergie de la lumière à votre peau pourrait être continu. En effet, avant l’avènement de la science quantique, la théorie généralement acceptée par les scientifiques était que l’énergie lumineuse pouvait être transférée continuellement, quelle qu’en soit la quantité. Or, il s’avère que cette énergie lumineuse n’est transférée que sous forme de minuscules quanta, c’est-à-dire de petits morceaux d’énergie. Le nom commun de ces quanta de lumière, que vous avez peut-être déjà entendu, est celui de « photons ».
Alors, pouvez-vous sentir ces photons lorsque vous êtes réchauffé par le soleil ?
Pas individuellement, ils sont si petits qu’ils nous sont imperceptibles. Cependant, grâce à notre compréhension de la mécanique quantique, nous pouvons aujourd’hui créer des instruments qui détectent et comptent les photons individuels. Pour comprendre pourquoi vous ne pouvez pas sentir les photons individuels, au lieu de penser à la lumière qui frappe votre peau, pensez à l’eau qui la frappe. Si vous mettez votre main sous un robinet ou dans un ruisseau, vous sentirez l’eau couler continuellement, mais si vous sortez sous la pluie, vous sentirez l’eau vous frapper en gouttes qui peuvent être comptées.
Je ne suis pas sûr de pouvoir compter le nombre de gouttes de pluie qui me frappent lorsque je suis sous la pluie.
Ce serait le cas ! La question n’est pas de savoir si nous pouvons réellement trouver le nombre, mais s’il existe quelque chose que nous pouvons compter. Dans ce cas, un quantum de sable est un grain de sable. Mais permettez-moi de poser une question plus délicate : si nous étions sur la plage, que nous regardions l’eau et que je dise « comptez l’eau », qu’est-ce que je veux dire ?
Peut-être combien de litres d’eau ?
Oui, ce serait un défi ! Encore une fois, la question n’est pas de savoir si une personne est capable de calculer le nombre exact, mais s’il y a quelque chose de significatif à compter. Si les gouttes de pluie devenaient de plus en plus petites et arrivaient de plus en plus vite, vous ne seriez plus en mesure de percevoir que l’eau qui vous frappe se présente sous forme de gouttes individuelles ; elle commencerait à ressembler au flux continu d’eau que vous percevez lorsque vous mettez votre main sous un robinet ou dans un ruisseau. Le fait qu’il y ait des gouttes dénombrables serait caché à votre perception.
Cela me rappelle qu’un film est simplement constitué d’une série d’images ; si les images sont projetées devant vos yeux en succession rapide, cela ne ressemble pas à une série d’images, mais à un mouvement continu.
Il s’agit d’une situation similaire dans la mesure où la nature discrète et dénombrable des images est cachée. Lorsque vous regardez un film, vous n’avez pas l’impression qu’il y a quelque chose à compter dans le mouvement que vous voyez. De la même manière, la pluie, avec ses très petites gouttes, peut sembler être un flux d’eau continu et l’énergie solaire qui réchauffe votre peau ne semble pas avoir quelque chose de dénombrable. Ces quanta d’énergie solaire sont très bien cachés de notre perception habituelle du monde. C’est en quelque sorte la marque de fabrique de la science quantique : découvrir que les choses qui semblent n’avoir rien de dénombrable ont en fait un aspect « quantique » dénombrable.
En essayant de penser à ces quanta d’énergie lumineuse dans la lumière du soleil, ces photons, chaque quanta d’énergie a-t-il la même taille ?
De la même manière que les gouttes de pluie ou les grains de sable peuvent avoir des tailles différentes, les énergies des photons peuvent avoir des tailles différentes. Cependant, il existe un fait très intéressant concernant la taille des photons, lié au fait que toute lumière peut être considérée comme étant composée d’une combinaison de différentes couleurs de lumière.
Oui, j’ai vu comment on peut envoyer de la lumière à travers un prisme de verre qui la décompose en différentes couleurs.
Exactement, ou comme un arc-en-ciel, que vous pouvez voir lorsque la lumière du soleil est décomposée en ses couleurs constitutives par des gouttes de pluie. Il s’avère donc que chaque couleur de lumière spécifique a sa propre taille de photons. Toute lumière rouge d’un type particulier – plus techniquement d’une longueur d’onde ou d’une fréquence particulière – transmet de l’énergie sous forme de quanta de même taille. De même, toutes les lumières bleues d’un type particulier ont des quanta d’énergie de la même taille. Les photons de la lumière bleue sont plus grands que les photons de la lumière rouge, et les photons de la lumière jaune sont plus grands que la lumière rouge mais plus petits que la lumière bleue. L’ordre des couleurs de l’arc-en-ciel, du rouge au violet, indique la taille des photons, du plus petit au plus grand.
J’imagine maintenant comment, lorsque je suis au soleil, ma peau absorbe ces quanta de lumière de différentes tailles.quanta de lumière, chacun correspondant à une couleur différente.
En fait, outre les couleurs visibles, la lumière du soleil contient également de la lumière que nous ne pouvons pas voir avec nos yeux. L’un de ces types de lumière est la lumière « ultraviolette » ou UV. Cette lumière contient des photons plus énergétiques que la lumière visible. La taille de ces photons est très importante pour nous, car lorsqu’ils touchent notre peau, ils peuvent lui causer le plus de dommages biologiques ; ce sont les gros photons de la lumière UV qui provoquent les coups de soleil et augmentent les risques de cancer de la peau.
Ainsi, même si cette nature quantique de la lumière est assez cachée à notre perception, elle a en fait de sérieuses conséquences pour nous. Une dernière question à propos de tous ces photons très petits et de tailles différentes qui sont absorbés par notre peau lorsque la lumière nous frappe : s’il y en a un nombre dénombrable, combien nous frappent ?
Cela dépend quelque peu de la personne et de la lumière, mais une personne moyenne se tenant au soleil verra environ un milliard de billions de photons frapper sa peau chaque seconde. C’est un 1 avec 21 zéros : 1 000 000 000 000 000 000 000 000 chaque seconde.
Mon Dieu, c’est un grand nombre !
C’est un nombre que vous pouvez écrire, mais que vous ne pouvez certainement pas compter ! Il s’agit d’un aspect fascinant de l’expérience commune de la lumière du soleil, dont personne ne connaissait l’existence jusqu’à l’avènement de la science quantique. C’est une chose à laquelle vous pourrez réfléchir la prochaine fois que vous serez réchauffé par le soleil.
Rédigé par Paul Cadden-Zimansky, professeur associé de physique au Bard College et coordinateur mondial de l’AIV.
La personnage officiel de l’AIV, Quinnie, a été créée par Jorge Cham, alias PHD Comics, en collaboration avec Physics Magazine. Tous droits réservés.
Un éditorial de Physical Review X Quantum annonçant le lancement de la collection de l’AQI
Au cours de l’été 1925, sur l’île d’Helgoland balayée par les vents, le jeune Werner Heisenberg a énoncé des équations matricielles qui allaient changer à jamais notre compréhension de la nature. Les travaux parallèles d’Erwin Schrödinger, qui a postulé une théorie complémentaire des équations d’ondes et démontré son équivalence avec le formalisme matriciel d’Heisenberg, ont aidé la communauté scientifique à adopter progressivement les concepts contre-intuitifs auxquels elle était confrontée à l’époque. Ensemble, ces principes révolutionnaires sont devenus la pierre angulaire de la mécanique quantique, une théorie qui, au cours du siècle suivant, allait faire l’objet d’un examen minutieux [1] et finalement servir de fondement aux technologies capables de manipuler des atomes et des photons uniques [2,3]. Aujourd’hui, alors que le monde assiste au développement des ordinateurs quantiques et s’interroge sur leurs implications [4], l’UNESCO a déclaré 2025 Année internationale de la science et de la technologie quantiques.
Pour célébrer cette étape, l’APS et les revues Physical Review réfléchissent à leur parcours commun avec la science quantique – un parcours fait de découvertes époustouflantes et d’idées transformatrices [5]. Mais quel rôle joue une jeune revue comme PRX Quantum dans cette célébration ?
N’importe quel historien dirait que la compréhension du passé est essentielle pour façonner l’avenir. Chez PRX Quantum, nous sommes constamment à la recherche de percées qui redéfinissent les limites et ouvrent de nouvelles frontières. Pour célébrer les 100 ans de la mécanique quantique, nous présentons une collection spéciale. Celle-ci commence par une perspective historique [6] qui explore la danse complexe entre la science fondamentale et sa descendance technologique. Sur la base de cette perspective, nous avons examiné nos publications récentes et sélectionné une poignée d’articles qui offrent un aperçu de l’avenir du domaine.
Le chemin vers la réalisation d’expériences de pensée vieilles d’un siècle – autrefois comparées par Schrödinger à des entreprises aussi stupides que d’essayer d’élever des ichtyosaures dans un zoo – a nécessité d’innombrables et ingénieuses percées techniques et conceptuelles. Ce parcours fascinant est décrit dans l’article captivant du professeur Haroche [6], qui met en lumière le rôle central joué par les lasers dans la science quantique.
Comme le note le professeur Haroche, nous assistons actuellement à une renaissance de la recherche sur les atomes de Rydberg. L’informatique quantique avec des atomes neutres, qui figure en bonne place dans nos publications récentes, est sur le point d’influencer de manière significative le domaine dans les années à venir. Remarquablement, la progéniture du laser, les pinces optiques [7,8], sont devenues un outil omniprésent qui a permis de nombreuses percées dans ce domaine. Nous avons mis en évidence des techniques d’assemblage de réseaux d’atomes [9], une architecture permettant de construire efficacement un ordinateur quantique à grande échelle tolérant aux pannes [10], et des stratégies permettant d’atteindre des performances record [11]. L’ensemble de ces résultats montre une voie convaincante pour l’avenir.
Les qubits supraconducteurs [12], pierre angulaire de nombreuses architectures d’informatique quantique, sont apparus comme un système alternatif qui s’inspirait fortement des succès de la QED en cavité avec les systèmes atomiques. Ils offrent une vitesse et une praticité supérieures grâce à leur intégration dans l’électronique standard à micro-ondes. Alors que les transmons restent le paradigme dominant pour les qubits supraconducteurs, un cousin apparenté, le qubit de fluxonium, suscite un intérêt croissant. Avec sa cohérence exceptionnelle et son anharmonicité élevée, offrant une plus grande flexibilité dans la conception des circuits, le fluxonium est très prometteur. Nous prévoyons des développements passionnants dans ce domaine [13,14].
Le paysage quantique est vaste, offrant un terrain de jeu de plateformes et de systèmes physiques pour explorer des questions fondamentales ou poursuivre des applications spécifiques. Bien qu’il soit impossible de couvrir toutes ces voies, l’article du professeur Haroche nous a incités à mettre en lumière les dernières avancées en matière de photonique intégrée [15], étant donné le rôle central de l’optique dans la recherche quantique. Après tout, les photons ont permis la violation des inégalités de Bell, illustrant l’une des caractéristiques les plus distinctives de la mécanique quantique [16–18]. De même, le refroidissement et le piégeage optiques ont conduit à certaines des démonstrations les plus frappantes des principes statistiques quantiques, notamment l’émergence des condensats de Bose-Einstein [19,20]. Nous n’avons pas pu résister à l’envie de vous présenter les derniers développements en matière de chimie quantique contrôlée avec des molécules polaires ultrafroides [21].
Au cours des décennies précédentes, l’accent a été mis sur le contrôle des systèmes quantiques individuels. Aujourd’hui, les défis consistent à gérer les interactions, à augmenter la taille des systèmes et à vérifier l’état des grands systèmes ou opérations quantiques. Une autre tendance observée dans notre journal est le développement d’outils théoriques pour une tomographie efficace [22], et des explorations sur la meilleure façon de réunir le traitement quantique et l’apprentissage automatique dans le cadre de théories informatiques formalisées [23].
Plusieurs questions fondamentales subsistent quant aux ingrédients clés et au mélange adéquat nécessaires pour qu’un processeur soit véritablement quantique ou, à l’inverse, qu’il puisse être efficacement simulé de manière classique [24]. Notre revue se penche sur le flot continu d’algorithmes innovants, de choix architecturaux intelligents et de techniques hybrides qui font progresser régulièrement l’objectif global de l’informatique quantique tolérante aux pannes. Les circuits quantiques adaptatifs en sont un exemple. En tirant parti des mesures et de la rétroaction à mi-circuit, une approche prometteuse montre comment préparer efficacement des états intriqués à plusieurs corps, même sur du matériel à faible profondeur et à court terme [25].
La correction d’erreurs joue un rôle central dans le renforcement de la confiance de la communauté quantique dans la faisabilité de la construction d’une machine quantique à grande échelle [26,27]. Son histoire est tout aussi fascinante qu’elle a été décisive pour stimuler l’investissement mondial dans la science et la technologie quantiques. La recherche dans ce domaine en pleine évolution couvre un large spectre, allant de la conception de codes hautement mathématiques et abstraits à des solutions intégrées dans le matériel et axées sur l’ingénierie. Pour donner un petit aperçu des développements récents, nous mettons en lumière trois contributions exceptionnelles : une implémentation ingénieuse du code de Steane sur des pièges à ions [28]; un protocole qui simplifie l’implémentation des codes de contrôle de parité à faible densité (LDPC) [29]- une alternative économe en ressources aux codes de surface ; et une étude fondamentale qui s’inspire de la correction topologique des erreurs pour approfondir notre compréhension des phases de la matière [30].
Comme Shannon l’a souligné depuis longtemps, les concepts clés de la théorie de l’information sont profondément liés à des notions de thermodynamique, telles que l’entropie. Le lien entre ces domaines – et le rôle de la connaissance en thermodynamique – a une riche histoire [31], dont un exemple notable est la résolution du paradoxe du démon de Maxwell [32]. En même temps, la mécanique quantique est fondamentalement une science de l’information. Nous ne pouvions conclure cette collection sans souligner les idées fascinantes qui émergent à l’intersection de ces disciplines. Les progrès récents de la thermodynamique quantique renforcent encore ce lien, en associant des concepts de complexité informatique à l’étude du coût des opérations thermiques [33]. Ces coûts ont de profondes implications pour les technologies quantiques [34] et sont également liés à des limites de précision fondamentales, comme le démontre une nouvelle méthodologie qui examine les compromis dans les systèmes quantiques ouverts markoviens sans équilibre [35].
De nombreuses découvertes naissent de liens inattendus. Nous espérons que cette collection suscitera l’inspiration et la réflexion, que ce soit par les méthodes expérimentales et théoriques qu’elle présente ou par les idées conceptuelles qu’elle avance. Cette collection n’est qu’un aperçu des recherches les plus intéressantes publiées dans nos pages au cours des derniers mois. La portée de PRX Quantum et de la recherche quantique s’étend bien au-delà de ce que nous pourrions inclure ici. La forêt de la science quantique est composée de nombreux arbres et il y a beaucoup de fruits à récolter dans ses diverses branches, telles que les capteurs quantiques, la métrologie et les communications, que nous laisserons pour de futures mises en lumière. Nous attendons avec impatience les percées que vous ferez dans ces domaines et dans d’autres, qui façonneront la prochaine décennie de la science et de la technologie quantiques.
Références (35)
Parmi les nombreux tests, la linéarité même des équations de Shrödinger a été vérifiée expérimentalement, comme indiqué ici : J. J. Bollinger, D. J. Heinzen, Wayne M. Itano, S. L. Gilbert, et D. J. Wineland, Test of the linearity of quantum mechanics by rf spectroscopy of the 9Be+ ground state, Phys. Rev. Lett. 63, 1031 (1989) .
Serge Haroche, conférence Nobel : Contrôler les photons dans une boîte et explorer la frontière entre le quantique et le classique, Rev. Mod. Phys. 85, 1083 (2013) .
David J. Wineland, Conférence Nobel : La superposition, l’enchevêtrement et l’élévation du chat de Schrödinger, Rev. Mod. Phys. 85, 1103 (2013) .
Consultez une collection de jalons quantiques publiés par Physics Magazine tout au long de l’année 2025, ainsi qu’une collection à venir sur les fondations quantiques organisée par les revues Physical Review.
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