Le prix Nobel de physique pour cette année 2012 a été attribué, mardi 9 Octobre, à Stockholm, en Suède, au français Serge Haroche et à l'américain David.J.Wineland pour leurs travaux sur la physique quantique et les photons,ou particules élémentaires de la lumière. Le jury les a récompensés pour "leurs méthodes expérimentales novatrices qui permettent la mesure et la manipulation des systèmes quantiques individuels". Ceci est une traduction expérimentale des spéculations exprimées en 1920 par les inventeurs de la mécanique quantique, en particulier une expérience de pensée du physicien connu et prix Nobel de physique Albert Einstein "que se passerait-il si on réussissait à isoler un atome?".
Selon Mme Ilhem Ben Othman, ingénieur en télécommunications et responsable dans une association scientifique, la découverte est prometteuse mais ne résout pas tous les problèmes qui sont nombreux, et souvent occultés en pareille circonstance.
En effet, a-t-elle précisé, la mécanique quantique est relativement difficile à concevoir car elle se fonde sur un principe fondamental de superposition : un système microscopique peut en général exister à la fois dans plusieurs états possibles "comme suspendu entre différentes réalités classiques" (le terme classique s'applique à la réalité vécue et ordinaire de tous les jours). Chaque état se traduit par une amplitude de probabilité ou fonction d'onde. Ces fonctions se trouvent en combinaison linéaire formant l'équation de Schrödinger. Cette description à l'échelle quantique de la matière lui confère un état déterministe, ou pour ainsi dire un état de cohérence. Or, l'observation ou la mesure d'une particule nécessite son interaction avec l'environnent, et induit au choix d'un état précis, ce qui cause l'effondrement de la fonction d'onde et le passage à l'échelle macroscopique de la mécanique classique où la matière se trouve dans un état probabiliste "favorisant une réalité" parmi un ensemble de possibilités connu, comme l'état de décohérence.
La théorie de décohérence sur laquelle s'est basé le travail des deux lauréats du prix Nobel est considérée comme l'approche la plus aboutie pour résoudre le problème de mesure quantique sans destruction de la particule et vise à mettre en évidence l'existence des états superposés. En effet, grâce à un dispositif de cavités optiques capables de capturer et de maintenir les particules de lumière, ou photons, on a pu isoler un photon et examiner son comportement sans détruire son état de superposition. Cette cavité formée de deux petits miroirs courbes éloignés de 3 cm recouverts de Niobium supraconducteur refroidi prés du zéro absolu a pu piéger les photons pendant un dixième de seconde. Le détecteur est constitué d'un atome très excité qui va effectuer une empreinte douce du photon sans le détruire.
Enjeux majeurs
L'application de ces expériences semble des plus prometteuses dans le domaine de l'informatique quantique où on est à l'aube de la construction d'ordinateurs quantiques hyper-puissants ayant une capacité de calcul exponentielle du nombre du q-bit. L'enjeu serait de concevoir les algorithmes et les structures physiques pour exécuter les opérations de calcul tout en conservant les propriétés de superposition. A la fin de l'exécution, l'état des q-bits doit indiquer le résultat du calcul sans risque d'obtenir un résultat aléatoire. Chose qui s'avère extrêmement critique à réaliser et qu'on a tendance à occulter. D'une part de telles expériences ont nécessité des températures très faibles posant dans ce cas un problème de faisabilité technique et d'autre part il y a le problème de diffusion atomique cosmologique qui persiste même à une échelle de basse de température. Il ne faut pas oublier de mentionner, également, l'effondrement spontané des systèmes quantiques et le bruit perturbateur causé éventuellement par des dispositifs adjacents et qui se présentent comme des composantes aléatoires échappant encore au contrôle logistique.
Pour parler un langage plus ordinaire, les grandes vitesses d'exécution recherchées, à travers ces découvertes, et les ordinateurs quantiques hyperpuissants, s'accompagnent impérativement d'une élévation de la température et du réchauffement des dispositifs et des ordinateurs, à moins de trouver des solutions techniques et technologiques propres à surmonter ces problèmes. Les expériences faites par les deux physiciens ont été réalisées dans des températures basses.
