Alain Aspect, John Clauser et Anton Zeilinger ont remporté le prix Nobel de physique 2022. Le trio a gagné « pour leurs expériences avec des photons intriqués, établissant la violation des inégalités de Bell et pionniers de la science de l’information quantique ».
Le prix sera remis à Stockholm en décembre et est doté de 10 millions de couronnes (900,000 XNUMX dollars). Il sera partagé à parts égales entre les gagnants.
Travaillant indépendamment, les trois lauréats ont réalisé des expériences clés qui ont établi la propriété quantique de l'intrication. Il s’agit d’un effet curieux par lequel deux particules ou plus présentent des corrélations beaucoup plus fortes que celles possibles en physique classique. L’intrication joue un rôle important dans les ordinateurs quantiques, qui pourraient en principe surpasser les ordinateurs conventionnels dans certaines tâches.
L'inégalité de Bell
Les trois expériences ont mesuré des violations de l’inégalité de Bell, ce qui limite les corrélations pouvant être observées dans un système classique. De telles violations constituent une prédiction importante de la théorie quantique.
La première expérience a été réalisée en 1972 à l'Université de Californie à Berkeley par Clauser, qui mesurait les corrélations entre les polarisations de paires de photons créées lors d'une transition atomique. Il a montré que l’inégalité de Bell était violée, ce qui signifiait que les paires de photons étaient intriquées.
Cependant, cette expérience présentait plusieurs lacunes ou « lacunes » qui la rendaient peu concluante. Il est possible, par exemple, que les photons détectés ne constituent pas un échantillon équitable de tous les photons émis par la source – ce qui constitue la faille de détection. Il est également possible que certains aspects de l’expérience que l’on pense indépendants soient liés d’une manière ou d’une autre de manière causale – ce qui constitue la faille locale.
Dix ans plus tard, en 1982, Aspect et ses collègues de l'Université Paris-Sud d'Orsay, en France, ont amélioré l'expérience de Clauser en utilisant un système de détection à deux canaux. Cela évitait de faire des hypothèses sur les photons détectés. Ils ont également fait varier l'orientation des filtres polarisants lors de leurs mesures. Encore une fois, ils ont constaté que l’inégalité de Bell avait été violée.
Troisième faille
La faille de localité a été comblée en 1998 par Zeilinger et ses collègues de l'Université d'Innsbruck en Autriche. Ils ont utilisé deux générateurs quantiques de nombres aléatoires totalement indépendants pour définir les directions des mesures de photons. En conséquence, la direction dans laquelle la polarisation de chaque photon était mesurée était décidée au dernier instant, de sorte qu'aucun signal se propageant plus lentement que la vitesse de la lumière ne puisse transférer des informations de l'autre côté avant que ce photon ne soit enregistré.
En plus de confirmer une prédiction fondamentale de la mécanique quantique, les trois expériences ont jeté les bases du développement de technologies quantiques modernes.
S'exprimant lors de la conférence de presse lors de l'annonce du prix, Zeilinger s'est dit "très surpris" de recevoir un appel du comité Nobel. « Ce prix est un encouragement pour les jeunes et ce prix ne serait pas possible sans plus de 100 jeunes qui ont travaillé avec moi au fil des ans. Moi seul, je n’aurais pas pu y parvenir.
Zeilinger a également déclaré qu'il espérait que le prix encouragerait les jeunes chercheurs.
« Mon conseil aux jeunes serait de faire ce que vous trouvez intéressant et de ne pas trop vous soucier des candidatures possibles. D’un autre côté, cette reconnaissance est très importante pour le développement futur d’applications possibles. Je suis curieux de savoir ce que nous verrons dans les 10 à 20 prochaines années.
Un impact profond
Sheila Rowan, président de l'Institut de Physique, qui publie Monde de la physique, a félicité le trio pour sa reconnaissance « bien méritée ». "Il s'agit d'un domaine de la physique avec un impact profond et continu, à un niveau fondamental pour aider à comprendre le monde qui nous entoure et qui est exploré pour être utilisé dans des technologies très nouvelles de détection et de communication aujourd'hui", a-t-elle ajouté.
Physicien quantique Artur Ekert de l'Université d'Oxford se dit "heureux" de voir le domaine et le trio récompensés par le prix Nobel de cette année, il ajoute qu'il est "dommage" que John Bell, qui a formulé les inégalités, ait manqué étant donné qu'il est décédé en 1990 et les prix Nobel ne sont pas décernés à titre posthume.
Ekert ajoute que l’avènement de la cryptographie quantique a fourni une motivation supplémentaire pour pousser les expériences d’inégalité de Bell jusqu’à leurs limites. « Du point de vue des fondements scientifiques, je pense que les expériences de Bell sur les inégalités étaient tout simplement nécessaires : elles réfutent une certaine vision du monde et sont donc importantes », ajoute Ekert. « Corriger toutes les failles de telles expériences est une autre histoire. C’est probablement plus important du point de vue de la cryptographie quantique, car si nous voulons utiliser les inégalités de Bell pour détecter les écoutes clandestines, nous devons combler les failles.
En effet, des félicitations sont également venues de ceux qui tentent d'utiliser les travaux d'Aspect, Clauser et Zeilinger pour des applications pratiques. Dans une déclaration commune, Ilyas Khan et Tony Uttley, respectivement directeur général et président de la société de technologie quantique quantique, ont noté qu'ils étaient ravis » par l'annonce.
« Cette reconnaissance de la puissance des systèmes d’information quantiques arrive à point nommé à bien des égards, mais c’est surtout une merveilleuse reconnaissance du fait que les progrès expérimentaux sous-tendent la révolution des technologies quantiques dans laquelle nous nous embarquons. »
Une vie scientifique
Aspect est né à Agen, en France, le 15 juin 1947. Il a réussi l'agrégation – l'examen national français – de physique en 1969 et a obtenu sa maîtrise de l'Université d'Orsay deux ans plus tard. Il entame ensuite un doctorat à Orsay, travaillant sur des tests expérimentaux des inégalités de Bell, qu’il achève en 1983.
Après un cours à l'École Normale Supérieure de Cachan, qu'Aspect a occupé pendant qu'il faisait son doctorat, il a travaillé en 1985 au Collège de France à Paris. En 1992, il rejoint ensuite le Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique de l'Université Paris-Saclay.
Clauser est né à Pasadena, en Californie, le 1er décembre 1942. Il a obtenu son baccalauréat en physique du California Institute of Technology en 1964 et une maîtrise en physique deux ans plus tard. En 1969, il obtient un doctorat en physique de l'Université de Columbia.
De 1969 à 1975, Clauser a été chercheur au Laboratoire national Lawrence Berkeley et de 1975 à 1986, il a travaillé au Laboratoire national Lawrence Livermore. Après un passage en tant que scientifique principal au sein de la société américaine Science Applications International Corporation, il rejoint en 1990 l'Université de Californie à Berkeley jusqu'en 1997, où il se concentre ensuite sur son cabinet de recherche et de conseil J F Clauser & Associates.
Anton Zeilinger : un pionnier du quantique
Zeilinger est né à Ried im Innkreis, en Autriche, le 20 mai 1945. En 1963, il commence à étudier la physique et les mathématiques à l'Université de Vienne et termine en 1971 son doctorat en physique atomique. Il a ensuite travaillé à l'Institut atomique de Vienne jusqu'en 1983 avant de rejoindre l'Université technologique de Vienne.
En 1990, Zeilinger a rejoint l'Université d'Innsbruck et a travaillé en 1999 à l'Université de Vienne où il est également devenu directeur de l'Institut d'optique quantique et d'information quantique basé à Vienne de 2004 à 2013. En 2013, il a été président de l'Académie autrichienne. des Sciences, poste qu'il a occupé jusqu'à cette année.
