Les scientifiques John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis ont été désignés lauréats du prix Nobel de physique 2023 par l'Académie royale des sciences de Suède lors d'une conférence de presse à Stockholm, en Suède, le 7 octobre. - Photo : REUTERS
En 1925, les physiciens Heisenberg, Schrödinger et Dirac ont découvert la mécanique quantique, une découverte remarquable qui a eu un impact révolutionnaire sur le monde .
Cent ans plus tard, exactement, le prix Nobel de physique 2025 a été décerné à trois physiciens américains qui ont transposé l'effet tunnel quantique – un étrange effet quantique microscopique – dans le monde macroscopique, ouvrant la voie à de nombreuses applications révolutionnaires.
Une découverte révolutionnaire concernant l'effet tunnel.
Trois physiciens américains, John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis, ont reçu le prix Nobel de physique 2025 pour « leur découverte de l'effet tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans les circuits électriques », selon une annonce du Comité Nobel.
Le prix de cette année récompense une série d'expériences qu'ils ont menées en 1984 et 1985 sur des circuits supraconducteurs, démontrant que « l'effet tunnel » — le phénomène de particules traversant des barrières que l'on pensait auparavant possible uniquement en mécanique quantique — peut se produire à des échelles beaucoup plus grandes qu'on ne le croyait auparavant.
Le professeur John Clarke, qui a obtenu son doctorat à l'université de Cambridge en 1968, est professeur de physique à l'université de Californie à Berkeley depuis 1969. Il est actuellement professeur émérite à la faculté des études supérieures de cette université.
Michel H. Devoret, né à Paris et y ayant obtenu son doctorat, est professeur émérite de physique appliquée à l'Institut quantique de Yale, à l'université de Yale.
John M. Martinis est titulaire d'un doctorat de l'Université de Californie à Berkeley. Après avoir enseigné à l'université, il a récemment travaillé au sein de l'équipe d'intelligence artificielle quantique de Google.
Au milieu des années 1980, Devoret a rejoint le groupe de recherche de Clarke en tant que chercheur postdoctoral, en compagnie du doctorant Martinis. Ensemble, ils se sont attelés à la tâche de démontrer les effets de l'effet tunnel quantique à l'échelle macroscopique.
Dans ces expériences, les trois scientifiques ont construit un circuit électrique à partir d'un supraconducteur capable de conduire le courant sans résistance. En ajustant et en mesurant précisément les propriétés du circuit, ils ont pu contrôler les phénomènes observés. Les particules chargées se déplaçant dans le supraconducteur formaient un système se comportant comme une seule particule remplissant l'intégralité du circuit.
Ces particules se trouvent initialement dans un état où le courant les traverse sans tension, comme si elles étaient bloquées par une barrière insurmontable.
Lors de l'expérience, le système a démontré des propriétés quantiques en s'échappant de cet état grâce à l'effet tunnel. Les trois scientifiques ont également prouvé que le système est quantifié, c'est-à-dire qu'il n'absorbe ou n'émet qu'une quantité d'énergie spécifique.
Illustration de l'effet tunnel en mécanique quantique : lancez une balle contre un mur, elle rebondit. Mais lancez une particule minuscule, et elle traversera le mur. Cet effet tend à s'atténuer avec un plus grand nombre de particules, c'est pourquoi on ne voit jamais personne traverser les murs dans la vie courante. – Photo : JOHAN JARNESTAD/Académie suédoise des sciences
Ouvrir la voie à la technologie quantique.
Cette expérience a des implications importantes pour notre compréhension de la mécanique quantique. Auparavant, les effets quantiques à l'échelle macroscopique impliquaient de nombreuses particules microscopiques combinées pour produire des phénomènes tels que les lasers, les supraconducteurs et les fluides superfluides. Or, les expériences des trois physiciens lauréats du prix Nobel de cette année ont produit un effet macroscopique direct.
Ce type d'état quantique macroscopique ouvre de nouvelles perspectives pour les expériences exploitant les phénomènes qui régissent le monde microscopique. Il peut être considéré comme une forme d'atome artificiel à grande échelle, utilisé pour simuler et faciliter la recherche sur d'autres systèmes quantiques.
Une application importante fut l'ordinateur quantique développé plus tard par Martinis. Il utilisa précisément la quantification de l'énergie qu'il avait démontrée avec deux autres lauréats du prix Nobel, employant des circuits à états quantifiés appelés bits quantiques ou qubits, l'état d'énergie le plus bas étant 0 et les niveaux supérieurs étant 1.
Les circuits supraconducteurs font partie des techniques explorées dans le cadre de la construction d'ordinateurs quantiques. Martinis a dirigé le groupe de recherche en informatique quantique de Google de 2014 à 2020.
Clarke a déclaré que leurs recherches ont contribué à ouvrir la voie à des avancées technologiques, telles que l'invention du téléphone portable. Le Comité Nobel a également affirmé : « Il n'existe aujourd'hui aucune technologie de pointe qui ne repose sur la mécanique quantique, y compris les téléphones portables, les appareils photo… et la fibre optique. »
Quand la physique et la chimie se rencontrent dans le « tunnel » quantique.
Le prix Nobel de physique 2025 sera décerné à trois scientifiques pour leurs découvertes en mécanique quantique il y a 40 ans. Ce résultat n'est pas totalement inattendu, l'UNESCO ayant désigné 2025 Année internationale des sciences et technologies quantiques.
Le Comité Nobel a déclaré : « La mécanique quantique est le fondement de toutes les technologies numériques… Leurs expériences ont jeté les bases de nouvelles avancées technologiques fondées sur les principes quantiques. »
Ces trois physiciens ont découvert l'effet tunnel et identifié les sauts d'énergie dans les circuits électriques. L'effet tunnel est rapidement devenu un concept central pour expliquer de nombreuses réactions chimiques.
En termes simples, imaginez la traversée du col de Hai Van : les réactifs doivent généralement « gravir le col » avec une énergie très élevée, mais parfois ils « empruntent un tunnel », franchissant la barrière énergétique plus rapidement pour initier une réaction.
L'effet tunnel est enseigné à l'université dans les manuels de cinétique chimique et simulé par des méthodes quantiques lors du calcul des constantes de vitesse de réaction. Physique et chimie, une fois de plus, sont miraculeusement liées.
Professeur Nguyen Minh Tho - Professeur honoraire à l'Université KU Leuven, Belgique
Source : https://tuoitre.vn/nobel-vat-ly-2025-co-hoc-luong-tu-tu-vi-mo-den-vi-mo-20251007222830181.htm
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