Ce que l’on doit au Prix Nobel de physique Alain Aspect

Son nom circulait depuis plusieurs années déjà et son heure est finalement arrivée… Cofondateur de la start-up Pasqal, colauréate du palmarès des meilleurs inventeurs du Point, le Français Alain Aspect, directeur de recherche émérite du CNRS à l’université Paris-Saclay et professeur à l’École polytechnique, vient de remporter le prix Nobel de Physique 2022 aux côtés de deux autres pionniers de la physique quantique, l’Américain John Clauser et l’Autrichien Anton Zeilinger. Tous trois ont été récompensés pour leurs travaux sur l’intrication quantique : un mécanisme où deux particules quantiques sont parfaitement corrélées, quelle que soit la distance qui les sépare.

En particulier, Alain Aspect, né à Agen en 1947, a expérimentalement démontré cette notion à la base des technologies quantiques qui font les gros titres aujourd’hui : ordinateur quantique, télécommunications et cryptographie quantique. À terme, l’intrication permettra aussi sans doute de relier entre eux des ordinateurs quantiques pour augmenter leur puissance.

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« Alors que le principe de base de l’ordinateur quantique venait d’être imaginé, son expérience de 1982 a prouvé qu’il était possible d’envisager d’utiliser l’intrication quantique comme une ressource technique pour ces technologies », explique Olivier Ezratty, auteur d’Understanding Quantum Technologies et coanimateur avec Fanny Bouton d’un podcast de vulgarisation sur le sujet. « Avec les chercheurs Philippe Grangier, Gérard Roger et Jean Dalibard, ils ont été des pivots du début de la seconde révolution quantique. »

La première révolution quantique ayant consisté à contrôler finement les flux de particules – électrons dans l’électronique et photons dans les lasers –, cette seconde révolution vise à contrôler les objets individuels comme le photon unique ou l’atome unique et, plus généralement, ce que l’on appelle un qubit. C’est-à-dire l’équivalent quantique du bit d’information en informatique classique mais qui tire parti de la spécificité quantique, autrement dit du fait qu’un objet peut être dans deux états à la fois – soit, en termes de traitement de l’information, valoir à la fois 0 et 1 – tant que l’on ne l’a pas mesuré.

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Expérimentateur de génie

Dans sa thèse de doctorat soutenue en 1983, cet amateur de foie gras montre que certains états de la lumière – les photons dits intriqués – donnent des mesures qui ne peuvent pas être expliquées par une théorie classique locale. « En définitive, c’est toute la classe des théories réalistes locales qui se trouvait là réfutée. Qu’est-ce à dire ? Que, dans certaines situations, deux particules qui ont interagi dans le passé ont des liens que leur distance mutuelle, aussi grande soit-elle, n’affaiblit pas : ce qui arrive à l’une des deux est irrémédiablement « intriqué » à ce qui arrive à l’autre, par l’entremise d’une connexion étrange, sans équivalent dans le monde ordinaire, car elle ne résulte pas de la transmission d’une information à distance », explique le physicien et philosophe Étienne Klein dans Matière à contredire, Essai de philo-physique (Champs sciences). Cette découverte majeure clôt un débat qui a opposé Albert Einstein et Niels Bohr au début du XX^e siècle, comme l’écrit Alain Aspect lui-même dans Pour la science.

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En 1986, avec son étudiant Philippe Grangier, grâce à la première source fiable de photons uniques qu’ils ont mise au point, Alain Aspect apporte la démonstration expérimentale, pour un photon unique, de la dualité onde-particule (également appelée dualité onde-corpuscule) : en clair, ils parviennent à prouver qu’un photon unique peut passer en deux endroits à la fois, bien qu’on ne puisse l’observer qu’en un seul. L’année suivante, fort de ses succès, ce fan de Jules Verne entame une collaboration avec Claude Cohen-Tannoudji, Prix Nobel de physique 1997, sur un tout autre sujet, très novateur : le refroidissement d’atomes par laser. Avec, à la clé, de nouvelles réussites pouvant déboucher sur des horloges et/ou sur un système de géolocalisation bien plus précis que ceux existants.

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Après quoi, en 1992, ce fils d’instituteurs s’offre un nouveau départ en fondant sa propre équipe à l’Institut d’optique d’Orsay, où il utilise ses découvertes sur le refroidissement d’atomes pour l’optique atomique. Depuis, avec son groupe, cet expérimentateur de génie a également apporté des contributions majeures dans le développement de condensats de Bose-Einstein : un état particulier de la matière apparent au niveau macroscopique, formé de bosons identiques, comme un grand nombre de ces particules, à une température suffisamment basse, occupe un unique état quantique de plus basse énergie lui donnant des propriétés spécifiques. De quoi mettre au point le laser à atomes.

« Je suis une très bonne illustration du stéréotype français, celui du jeune provincial qui quitte son petit village de Gascogne pour monter à la capitale », a expliqué Alain Aspect au Journal du CNRS. Ce mardi, dans la foulée de l’annonce du prix, le père de deux enfants a déclaré à la fondation Nobel : « C’est important que les scientifiques conservent leur communauté internationale quand le monde ne va pas si bien et que le nationalisme s’impose dans beaucoup de pays. » Un message aussi important que l’ensemble de ses découvertes.

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