Et quinze ! Grâce à la physique, la France a reçu son quinzième prix Nobel dans cette discipline (égal au nombre de prix Nobel de littérature) en la personne d’Alain Aspect, chercheur à l’Institut d’optique d’Orsay (Essonne). Ce grand opticien et mécanicien quantique est mondialement connu pour ses travaux de 1982 sur l’intrication quantique, à savoir la capacité de deux particules à échanger des informations même à distance l’une de l’autre. Le Français de 75 ans a été couronné en compagnie de deux confrères, l’Américain John Clauser et l’Autrichien Anton Zeilinger.
Le « premier siècle » de la physique quantique remonte au début du XXe siècle, lorsque de nombreux chercheurs ont démontré que les particules (électrons, protons, atomes, etc.) ont un comportement dual, ce qui explique un grand nombre de phénomènes (par exemple, la stabilité de la matière). ) et ouvrant la voie à de nombreuses applications (transistors, lasers). Puis on a parlé de la « deuxième révolution quantique », quand d’autres propriétés de la physique quantique ont été révélées, notamment ce fameux concept d’intrication : deux objets intriqués forment un tout unique qui contient plus d’informations que la somme des propriétés de deux objets. En informatique, cela a donné naissance à l’ordinateur quantique dans les années 1980 (on ne parle plus de bits binaires, mais de qubits, qui peuvent théoriquement prendre un nombre infini de valeurs), ce qui a permis à l’homme d’espérer un jour disposer d’un calcul infini Puissance. . Mais depuis les travaux d’Alain Aspect et de ses collègues, la révolution quantique a ouvert bien d’autres perspectives – toujours dans l’infinitésimal – comme l’Express l’a montré en janvier 2021 dans le domaine des capteurs quantiques, qui pourraient déboucher sur de nouveaux outils utiles pour la science. .
Un ordinateur quantique permet à une personne de rêver d’une puissance de calcul infinie. Un outil qui lui donne la capacité de tout modéliser, des effets climatiques complexes aux plus petits neurones du cerveau. Mais dans les labos, on travaille aussi sur des capteurs quantiques, des instruments de mesure extrêmement précis qui utilisent les propriétés des atomes. Beaucoup moins médiatisée, cette branche de la recherche peut sembler moins noble. Et pourtant, il est vital et le plus parfait. « Avec ces nouveaux types d’appareils, nous allons explorer les profondeurs de la Terre, étudier des champs magnétiques ou piloter des machines avec une précision inégalée », prévient Marco Erman, directeur scientifique du groupe Thales. Selon lui, une véritable révolution métrologique est en marche. Et bientôt vous verrez l’effet, car les premiers modèles fonctionnent déjà.
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« Cette technologie arrive à maturité. Je dois dire que de nombreux scientifiques y travaillent depuis plusieurs décennies », confirme Alain Aspect, professeur à l’École doctorale de l’Institut d’optique de l’Université Paris-Saclay et à l’École polytechnique. Ainsi, au sommet de l’Etna, en Sicile, la startup française Muquans a déjà installé son gravimètre dit à atomes froids. Vu de l’extérieur, l’objet semble banal : il s’agit d’un cylindre de 70 cm de haut relié à un bloc métallique un peu plus gros rempli d’électronique. Mais à l’intérieur, un processus étonnant se déroule : « Un nuage d’atomes y est refroidi par un laser jusqu’à ce qu’il atteigne une température très basse (environ un millionième de degré au-dessus du zéro absolu), ce qui permet de calculer avec une grande précision la force de gravité à laquelle ils sont soumis », explique Arno. Landragin, chercheur au CNRS, directeur du laboratoire des systèmes de référence spatio-temporels et co-fondateur de la société. A quoi serviront ces informations ?
Passer le signal GPS
« Avant un tremblement de terre, les plaques tectoniques sont légèrement déformées, ce qui crée une augmentation de la gravité sur elles », explique le scientifique. Grâce à sa sensibilité quantique, le capteur reconnaît les plus petits changements d’un tremblement de terre. « Nous ne sommes pas encore en mesure de prédire avec précision les tremblements ; Aucun système ne le permet actuellement », insiste Arno Landragin, « mais avec cet appareil, les géophysiciens pourront collecter des informations précieuses ». Et ce n’est qu’une des applications possibles de cette technologie. En astronomie, les scientifiques doivent mieux apprécier les ondes gravitationnelles, ces minuscules vibrations causées par des événements extrêmes comme la fusion de deux trous noirs. Des groupes du Laboratoire de physique des particules d’Annecy et du Laboratoire d’astroparticules et de cosmologie de Paris travaillent déjà sur cette tâche.
La mesure de la vitesse et de la rotation des atomes améliorera également la navigation des avions ou des bateaux, surtout si le signal GPS est perdu. « Aujourd’hui, pour corriger cette absence, des éléments non quantiques sont utilisés dans les avions : gyromètres et accéléromètres mécaniques. Sauf que ces appareils « dérivent » avec le temps. Par exemple, pour un avion de ligne, cela se traduit par une erreur de plusieurs centaines de mètres après une heure de vol. Un capteur atomique donnerait des indications beaucoup plus précises », explique Marco Erman. Au point de pouvoir se passer totalement des satellites de poursuite ? « Cette technologie intéresse depuis longtemps les militaires, notamment pour le guidage précis des sous-marins jusqu’au fond des océans », reconnaît Alain Aspect. ne supportent toujours pas les vibrations, souligne un article récent du CNRS.
Petites machines IRM
Cependant, les chercheurs disposent d’autres types de petits capteurs quantiques extrêmement prometteurs, selon Alain Aspect : les centres HB (de l’anglais « nitrogen vacancy », « nitrogen vacancy center » en français). Ces cristaux de diamant fabriqués en laboratoire, dans lesquels les scientifiques placent un atome d’azote, sont capables de détecter des champs magnétiques très faibles lorsqu’ils sont correctement excités par des lasers. « Leur principal avantage est qu’ils fonctionnent à température ambiante. Par conséquent, ils ne nécessitent pas d’équipement cryogénique lourd comme d’autres systèmes », explique Marko Erman. Cela suscite de nombreux espoirs. Du point de vue de la santé, par exemple, les centres HB pourraient être un moyen d’étudier en détail les réactions du cerveau humain. « Nous émettons tous des ondes électromagnétiques. Ce sont des signes de notre activité cognitive, voire de nos troubles. Déjà à l’aide de méthodes modernes, les médecins cartographient notre cerveau en action. Mais avec le quantum, ce sera comme passer d’une image floue à quelque chose de très clair. Cela aidera les scientifiques à mieux comprendre les maladies neurodégénératives comme Alzheimer ou Parkinson », promet Marco Erman.
Les technologies développées pour les capteurs ouvrent également la voie à des équipements miniatures, comme les appareils portables d’imagerie par résonance magnétique (IRM), ou encore des antennes plus petites destinées à remplacer les modèles de saladiers encombrants. Bien sûr, comme dans toute révolution, il faut se méfier des fausses promesses. Les vertus des radars quantiques sont régulièrement vantées dans des articles. Des appareils militaires qui permettent de voir sans être vu, et même de détecter les avions furtifs. « Je doute de la mise en œuvre », confie Benjamin Huart, professeur de physique à l’Ecole normale supérieure de Lyon. Dans l’atmosphère, les particules émettent beaucoup de radiations. Ces conditions limitent en effet les possibilités d’utilisation du radar quantique. probablement mieux d’augmenter la puissance des radars conventionnels »
Les capteurs quantiques continuent d’offrir de nombreuses pistes de recherche. « Nous nous plaignons régulièrement de la désindustrialisation du pays, mais avec les capteurs, il y a de nombreuses opportunités à saisir pour les entreprises et les startups. En plus, il y a un gros vivier de spécialistes en France », confirme Arnaud Landrazine. « Bien sûr, l’ordinateur quantique lui-même est susceptible de révolutionner de nombreux domaines, mais il ne verra peut-être jamais le jour. Ou cela arrivera après très longtemps. Avec les capteurs, on va certainement faire des progrès concrets », explique sans détour le Chercheur. Le gouvernement a bien compris. Dans son dernier plan pour le domaine quantique, présenté en décembre, l’Etat réserve 250 millions d’euros pour financer la filière sur dix ans. Un montant qui ne manquera pas d’attirer l’attention des jeunes.
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Grand fan de mangas et d’animes, je n’aime bien écrire qu’à propos de ses sujets, c’est pour ca que j’écris pour 5 minutes d’actus. Au quotidien de décortique, donne mes avis sur les différents épisodes et chapitres des mangas que j’aime lire.
