Trois chercheurs quantiques remportent le prix Nobel de physique 2025
"Il est merveilleux de pouvoir célébrer la façon dont la mécanique quantique, vieille d'un siècle, offre sans cesse de nouvelles surprises"
L'Académie royale suédoise des sciences a décidé d'attribuer le prix Nobel de physique 2025 à John Clarke (Université de Californie, Berkeley, États-Unis), Michel H. Devoret (Université de Yale, New Haven, CT et Université de Californie, Santa Barbara, États-Unis) et John M. Martinis (Université de Californie, Santa Barbara, États-Unis) "pour la découverte de l'effet tunnel mécanique quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans un circuit électrique".
Leurs expériences sur une puce ont révélé la physique quantique en action
Une question majeure en physique est celle de la taille maximale d'un système capable de démontrer des effets de mécanique quantique. Les lauréats du prix Nobel de cette année ont mené des expériences avec un circuit électrique dans lequel ils ont mis en évidence à la fois la mécanique quantique par effet tunnel et la quantification des niveaux d'énergie dans un système suffisamment grand pour être tenu dans la main.
La mécanique quantique permet à une particule de se déplacer directement à travers une barrière, grâce à un processus appelé "effet tunnel". Dès qu'un grand nombre de particules est impliqué, les effets de la mécanique quantique deviennent généralement insignifiants. Les expériences des lauréats ont démontré que les propriétés de la mécanique quantique peuvent être concrétisées à l'échelle macroscopique.
En 1984 et 1985, John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis ont mené une série d'expériences avec un circuit électronique composé de supraconducteurs, des composants qui peuvent conduire un courant sans résistance électrique. Dans le circuit, les composants supraconducteurs étaient séparés par une fine couche de matériau non conducteur, une configuration connue sous le nom de jonction Josephson. En affinant et en mesurant toutes les propriétés de leur circuit, les chercheurs ont pu contrôler et explorer les phénomènes qui se produisaient lorsqu'ils y faisaient passer un courant. Ensemble, les particules chargées se déplaçant dans le supraconducteur formaient un système qui se comportait comme une seule particule remplissant l'ensemble du circuit.
Ce système macroscopique semblable à une particule se trouve initialement dans un état où le courant circule sans aucune tension. Le système est piégé dans cet état, comme derrière une barrière qu'il ne peut pas franchir. Dans l'expérience, le système montre son caractère quantique en parvenant à s'échapper de l'état de tension nulle par effet tunnel. Le changement d'état du système est détecté par l'apparition d'une tension.
Les lauréats ont également pu démontrer que le système se comporte de la manière prévue par la mécanique quantique : il est quantifié, ce qui signifie qu'il n'absorbe ou n'émet que des quantités spécifiques d'énergie.
"C'est merveilleux de pouvoir célébrer la façon dont la mécanique quantique, vieille d'un siècle, offre sans cesse de nouvelles surprises. C'est également extrêmement utile, car la mécanique quantique est à la base de toute la technologie numérique", a déclaré Olle Eriksson, président du comité Nobel de physique.
Les transistors des puces électroniques sont un exemple de la technologie quantique établie qui nous entoure. Le prix Nobel de physique de cette année a permis de développer la prochaine génération de technologies quantiques, notamment la cryptographie quantique, les ordinateurs quantiques et les capteurs quantiques.
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