Le Nobel de physique a récompensé mardi des expériences ayant permis d’observer des phénomènes propres à l’infiniment petit sur des circuits électriques, jetant les bases de recherches actuelles sur l’ordinateur quantique.
– Qu’est-ce que l' »effet tunnel » ? –
La physique quantique, dont on fête le centième anniversaire, décrit le monde de l’infiniment petit, où électrons et photons se comportent de façon très différente du monde macroscopique, le monde de ce que l’on peut voir.
À notre échelle, une balle envoyée sur un mur rebondira immanquablement, sans jamais passer au travers. Dans l’infiniment petit, une particule est parfois capable de traverser un tel obstacle. C’est ce qu’on appelle « l’effet tunnel ».
Mais « généralement, quand on a beaucoup d’objets microscopiques qui interagissent les uns avec les autres, leurs interactions ont tendance à détruire les phénomènes quantiques », explique à l’AFP Frédéric Pierre, chercheur CNRS au Centre de nanosciences et de nanotechnologies.
La question était: est-ce qu’un circuit électrique – un objet macroscopique – peut se comporter de façon quantique? « Les expériences qui sont récompensées par le prix Nobel aujourd’hui ont donné la réponse: oui », poursuit auprès de l’AFP Alain Aspect, qui a reçu le prix Nobel de physique en 2022, pour avoir démontré expérimentalement un autre phénomène quantique, celui de l’intrication.
– Qu’on fait les chercheurs ? –
Dans le milieu des années 80, le Britannique John Clarke, l’Américain John M. Martinis et le Français Michel Devoret se lancent dans la réalisation de l’expérience dans leur laboratoire de l’université de Berkeley (États-Unis).
Ils utilisent un circuit composé de deux petits fils supraconducteurs (capables de conduire le courant sans résistance) qui sont séparés par une très mince barrière d’oxyde isolante.
« Normalement, un circuit électrique doit être continu pour que le courant puisse circuler. Mais les chercheurs ont montré que si une coupure est suffisamment petite, le courant peut quand même passer. Cela est dû à l’effet tunnel quantique, où les électrons ont une certaine probabilité d’apparaître de l’autre côté d’une barrière d’énergie, même s’ils n’ont pas assez d’énergie classique pour la franchir », résume Eleanor Crane, physicienne quantique au King’s College de Londres.
Des milliards d’électrons peuvent, ensemble, se comporter comme une seule particule quantique à l’échelle macroscopique.
« Ce qu’ils ont démontré, c’est que ce circuit-là, très élémentaire, peut avoir les propriétés quantiques comme un atome. C’était en quelque sorte le premier atome artificiel », explique à l’AFP Daniel Estève, qui a fondé par la suite avec Michel Devoret et Christian Urbina le groupe Quantronique au laboratoire de l’Orme des Merisiers (CEA-Saclay).
Un « atome artificiel à grande échelle avec des câbles et des connecteurs, que l’on peut intégrer dans de nouveaux dispositifs expérimentaux ou utiliser dans des technologies quantiques émergentes », souligne le comité Nobel dans un communiqué.
– À quoi ça sert ? –
Le travail des lauréats a « posé les bases de technologies dans lesquelles de nombreuses entreprises investissent aujourd’hui des millions de dollars, dans le but de développer des ordinateurs quantiques à grande échelle capables de résoudre certains types de problèmes bien plus rapidement que les alternatives classiques », souligne auprès de l’AFP Gregory Quiroz, du Laboratoire de physique appliquée Johns Hopkins (États-Unis).
Des géants de la tech comme Google et IBM tentent d’utiliser les propriétés quantiques de circuits supraconducteurs pour y encoder de l’information sous forme de « qubits ».
Alors que l’informatique classique repose sur des données stockées sous forme de bits, qui n’ont que deux états possibles (0 ou 1), l’informatique quantique utilise des « qubits », qui ont une infinité d’états possibles pouvant se superposer.
Grâce à eux, les ordinateurs quantiques doivent pouvoir réaliser des calculs en quelques minutes au lieu de millions d’années.
Plusieurs autres techniques de pointe sont également en lice dans la course – encore incertaine – à l’ordinateur quantique, comme les atomes neutres et les pièges à ions.
Source: Agence France-Presse
