Prix Nobel de physique pour une percée en tunneling quantique

Découverte révolutionnaire qui réécrit les règles de la mécanique quantique

Le prix Nobel de physique 2025 a été décerné à trois scientifiques révolutionnaires pour leurs travaux démontrant que les effets quantiques peuvent se produire à l'échelle macroscopique, remettant en cause les hypothèses fondamentales sur la nature de la réalité. Le physicien britannique John Clarke, le chercheur américain John Martinis et le scientifique français Michel Devoret ont reçu le prestigieux prix pour leur découverte du "tunneling quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans un circuit électrique".

L'expérience qui a tout changé

Dans leurs expériences révolutionnaires de 1984-1985, menées à UC Berkeley, le trio a créé des circuits électriques supraconducteurs avec des jonctions Josephson - essentiellement deux supraconducteurs séparés par une fine couche isolante. Lorsqu'ils ont placé du matériau non conducteur dans ces circuits, la physique conventionnelle prédisait qu'aucun courant ne circulerait. À leur grande surprise, les circuits électriques se sont comportés comme si rien ne bloquait le courant.

"C'est la surprise de ma vie," a déclaré Clarke, aujourd'hui octogénaire, lorsque le comité Nobel l'a joint en Californie. "Nous n'avions jamais pensé que cela nous rapporterait un Nobel."

Le phénomène qu'ils ont observé était l'effet tunnel quantique - où les particules semblent traverser des barrières qui, selon la physique classique, devraient être infranchissables. Ce qui rendait leur découverte extraordinaire, c'est que cet effet se produisait dans des systèmes suffisamment grands pour être tenus en main, pas seulement au niveau atomique ou subatomique où les effets quantiques étaient supposés être limités.

Combler le fossé quantique-classique

Les travaux des lauréats ont montré que les paires de Cooper dans les supraconducteurs - des paires d'électrons se comportant comme une seule entité quantique - pouvaient traverser par effet tunnel des barrières énergétiques et présenter des niveaux d'énergie quantifiés dans des systèmes macroscopiques. Cela a fourni la première preuve concrète que les effets quantiques ne sont pas limités aux échelles microscopiques mais peuvent se manifester dans des systèmes à l'échelle humaine.

"Il n'y a pas une seule technologie moderne aujourd'hui qui ne doive quelque chose à la mécanique quantique : téléphones mobiles, ordinateurs, appareils photo, connexions par fibre optique," a déclaré le professeur Olle Eriksson lors de la cérémonie de remise des prix à Stockholm. "C'est magnifique de pouvoir célébrer comment cette théorie vieille d'un siècle continue de nous surprendre."

La recherche s'appuie sur l'observation célèbre du physicien Richard Feynman, qui avait remarqué : "Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, alors vous ne comprenez pas la mécanique quantique." Le comité Nobel a souligné que le travail des lauréats montre comment les matériaux peuvent se comporter de manière totalement contre-intuitive dans le cadre de la mécanique quantique décrite pour la première fois il y a un siècle.

Fondement des technologies quantiques

La découverte a des implications profondes pour le développement des technologies quantiques, en particulier l'informatique quantique. Martinis, qui a ensuite dirigé les efforts en informatique quantique de Google et a démontré la suprématie quantique en 2019, s'est directement appuyé sur cette recherche fondamentale. La capacité à observer et contrôler les effets quantiques dans des systèmes macroscopiques constitue la base pour construire des ordinateurs quantiques pratiques capables de résoudre des problèmes hors de portée des ordinateurs classiques.

Selon une analyse récente de McKinsey, la technologie quantique effectue la transition du concept à la réalité, le marché devant atteindre 100 milliards de dollars d'ici une décennie. Le seul segment de l'informatique quantique devrait passer de 4 milliards de dollars en 2024 à 72 milliards de dollars en 2035.

Les applications actuelles qui émergent incluent NTT Docomo qui a amélioré l'efficacité des réseaux mobiles de 15% grâce à l'optimisation quantique, tandis que des entreprises comme Japan Tobacco et Ford Otosan appliquent des méthodes quantiques à la découverte de médicaments et aux processus de fabrication.

Poursuite de l'héritage Nobel

Le prix de physique de cette année fait suite au prix de l'année dernière décerné à des chercheurs ayant apporté des contributions fondamentales au développement de l'intelligence artificielle. La saison Nobel se poursuit avec les prix de chimie, de littérature et de la paix qui seront annoncés plus tard cette semaine, suivis par l'économie la semaine prochaine.

Chaque lauréat Nobel reçoit 11 millions de couronnes suédoises (environ 1 million d'euros), le prix étant partagé lorsque plusieurs lauréats se partagent un prix. La cérémonie officielle de remise des prix aura lieu le 10 décembre, date anniversaire de la mort d'Alfred Nobel.

Les Pays-Bas maintiennent leur forte tradition dans les prix Nobel de physique, avec 9 des 21 lauréats néerlandais ayant remporté un prix dans cette catégorie. Les derniers lauréats néerlandais en physique étaient Martinus Veltman et Gerard 't Hooft pour leurs recherches en physique des particules.