Prix ​​Nobel de physique 2025 : Quand le « monde quantique » deviendra visible

Mme Eva Olsson, membre du Comité Nobel, a qualifié les travaux de recherche du trio de scientifiques John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis d'« ouverture sur un autre monde ».

Longtemps considéré comme un monde étrange, où les particules peuvent traverser les obstacles, exister simultanément dans deux états et défier toutes les lois de l'intuition humaine, le monde quantique a pourtant vu le jour grâce à trois scientifiques : John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis. Ces derniers ont réussi à rendre tangible ce qui semblait réservé aux laboratoires microscopiques, en le concrétisant au sein d'un circuit électrique visible à l'œil nu.

Le 7 octobre, trois scientifiques (John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis) ont reçu le prix Nobel de physique 2025 pour « la découverte des effets tunnel quantiques à l'échelle macroscopique et la quantification de l'énergie dans les circuits électriques ». Ils se partageront le prix d'une valeur de 11 millions de couronnes suédoises (équivalant à 1,17 million de dollars américains).

La mécanique quantique régit le monde microscopique des atomes et des électrons – où les électrons peuvent « pénétrer » les barrières énergétiques et n’absorbent l’énergie qu’en quantités fixes appelées quanta.

À l'échelle macroscopique du monde humain, ces effets semblent disparaître. Par exemple, une balle, composée d'innombrables atomes, ne pourrait jamais traverser un mur.

Intrigués par ce phénomène, dans les années 1980, à l'Université de Californie, trois scientifiques, Clarke, Devoret et Martinis, ont commencé à tester si les lois quantiques existaient à une échelle suffisamment grande pour être visibles à l'œil nu.

Pour tester cette hypothèse, ils ont créé un circuit Josephson, où deux supraconducteurs sont séparés par une couche isolante ultra-mince. Dans un métal normal, les électrons entrent en collision avec le matériau et entre eux, mais dans un supraconducteur refroidi à une température proche du zéro absolu, ils forment des paires de Cooper qui se déplacent à l'unisson sans résistance et partagent une seule fonction d'onde quantique.

Lorsque l'équipe a maintenu le circuit à tension nulle, selon la physique classique, celui-ci aurait dû rester immobile. Or, les recherches ont montré que le circuit « s'échappe » parfois soudainement, non pas sous l'effet de la chaleur, mais grâce à l'effet tunnel quantique à travers la barrière d'énergie. Il s'agissait de la première preuve directe que les lois quantiques persistent dans le monde macroscopique.

Ensuite, en exposant le circuit à des micro-ondes, les trois scientifiques ont observé des pics de résonance marqués à des fréquences spécifiques. Chaque pic correspondait à l'écart énergétique entre deux états quantifiés, indiquant que l'énergie du circuit ne pouvait prendre que des valeurs discrètes. Autrement dit, un dispositif composé de milliards d'électrons se comportait comme un système quantique unique.

Avant cette expérience, les effets de tunnel quantique et de quantification de l'énergie n'avaient été observés que dans les atomes et les particules subatomiques.

Mme Eva Olsson, membre du Comité Nobel, a qualifié les travaux de recherche du trio de scientifiques John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis d'« ouverture sur un autre monde ».

« Lorsque les phénomènes quantiques sont ramenés à l’échelle macroscopique, nous pouvons les toucher, les contrôler et les observer – cela ouvre la porte à des structures et des technologies entièrement nouvelles », a-t-elle déclaré.

Par ailleurs, M. Olle Eriksson, président du comité Nobel de physique, a qualifié cette preuve que la mécanique quantique est extrêmement utile et constitue le fondement de toutes les technologies numériques actuelles.

Les découvertes de trois scientifiques, Clarke, Devoret et Martinis, ont jeté les bases des ordinateurs quantiques.

À la fin des années 1990, les scientifiques développaient des bits quantiques (qubits) – unités d’information quantique – basés sur le principe énergétique démontré par le trio pionnier.

M. Martinis a ensuite appliqué cette méthode pour créer le premier processeur quantique supraconducteur, où les qubits peuvent osciller délicatement entre « 0 » et « 1 » dans une superposition quantique sophistiquée.

Selon le Comité Nobel, le transistor présent dans les microprocesseurs informatiques actuels est un exemple de la façon dont la mécanique quantique est devenue la base de la technologie quotidienne, jetant les fondements de la prochaine génération de technologies quantiques, notamment la cryptographie quantique, les ordinateurs quantiques et les capteurs quantiques.

(TTXVN/Vietnam+)

Source : https://www.vietnamplus.vn/giai-nobel-physics-2025-khi-the-gioi-luong-tu-tro-nen-huu-hinh-post1068919.vnp