Le prix Nobel de physique 2025 est attribué à John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis « pour la découverte de l’effet tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l’énergie dans un circuit électrique ».
Les lauréats ont utilisé une série d’expériences pour démontrer que les propriétés étranges du monde quantique peuvent être concrétisées dans un système suffisamment grand pour tenir dans la main. Leur système électrique supraconducteur pouvait passer d’un état à un autre, comme s’il traversait un mur. Ils ont également montré que le système absorbait et émettait de l’énergie par doses de tailles spécifiques, comme le prédisait la mécanique quantique.
Le monde fascinant de la physique quantique
La mécanique quantique permet à une particule de traverser directement une barrière, en utilisant un processus appelé tunneling. Dès qu’un grand nombre de particules sont impliquées, les effets quantiques deviennent généralement insignifiants. Les expériences des lauréats ont démontré que les propriétés de la mécanique quantique peuvent se concrétiser 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 constitué de supraconducteurs, des composants capables de conduire un courant sans aucune 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 diverses propriétés de leur circuit, ils ont pu contrôler et explorer les phénomènes qui se produisaient lorsqu’ils faisaient passer un courant à travers celui-ci. Ensemble, les particules chargées se déplaçant à travers le supraconducteur constituaient un système qui se comportait comme s’il s’agissait d’une seule particule remplissant l’ensemble du circuit.
Le système est piégé
Ce système macroscopique semblable à une particule se trouve initialement dans un état dans lequel le courant circule sans aucune tension. Le système est piégé dans cet état, comme derrière une barrière qu’il ne peut franchir. Dans l’expérience, le système montre son caractère quantique en parvenant à échapper à 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 prédite par la mécanique quantique – il est quantifié, ce qui signifie qu’il n’absorbe ou n’émet que des quantités spécifiques d’énergie.
Les applications
« C’est merveilleux de pouvoir célébrer la façon dont la mécanique quantique, vieille d’un siècle, offre continuellement de nouvelles surprises. C’est également extrêmement utile, car la mécanique quantique est le fondement de toute la technologie numérique », déclare Olle Eriksson, président du Comité Nobel de physique.
Les transistors des micropuces d’ordinateur sont un exemple de la technologie quantique établie qui nous entoure. Le prix Nobel de physique de cette année a ouvert des opportunités pour développer la prochaine génération de technologie quantique, notamment la cryptographie quantique, les ordinateurs quantiques et les capteurs quantiques.