Médaille d’or 2009 du CNRS : Serge Haroche, physicien et explorateur du monde quantique

La Médaille d’or 2009 du CNRS est décernée à Serge Haroche, physicien quantique. Cette distinction récompense une personnalité scientifique dont l’ensemble de ses travaux a contribué de manière exceptionnelle au dynamisme et au rayonnement de la recherche française. Serge Haroche est un spécialiste de la physique atomique et de l’optique quantique. Il est l’un des fondateurs de l’électrodynamique quantique en cavité, domaine qui permet de mieux comprendre le monde quantique et de réaliser des prototypes de systèmes de traitement quantique de l’information. Professeur au Collège de France à la chaire de Physique quantique depuis 2001, Serge Haroche dirige le groupe d’électrodynamique des systèmes simples au sein du laboratoire Kastler Brossel (CNRS/ENS/Collège de France/Université Pierre et Marie Curie).

Serge Haroche a commencé à faire de la recherche en 1965, un moment où la physique atomique et l’optique quantique connaissaient une profonde révolution, liée à la découverte des lasers et au développement de méthodes nouvelles de manipulation des atomes. Il a joué un rôle pionnier dans le domaine de recherche de l’optique quantique, en observant l’interaction atome-lumière sous son jour le plus fondamental. En effet, il est parvenu à isoler un atome du monde extérieur dans une cavité aux parois presque idéalement réfléchissantes et l’a forcé à interagir avec un champ élémentaire constitué au plus de quelques photons. Les cavités électromagnétiques qui ont permis la réalisation de cette expérience et que son équipe utilise à l’Ecole normale supérieure pour piéger la lumière peuvent être considérées comme des réalisations de la fameuse « boîte à photons » jadis rêvée par Bohr et Einstein.

Les travaux de Serge Haroche ont permis d’étudier et de vérifier expérimentalement certains postulats de la mécanique quantique qui défient l’intuition. Ils ont largement contribué à réconcilier la grande différence apparente de comportement entre le monde microscopique quantique et le monde macroscopique classique. Les expériences développées par Serge Haroche ont notamment permis de suivre l’histoire d’un photon unique dans une cavité électromagnétique en le « voyant » plusieurs centaines de fois et a mis en évidence sa disparition soudaine et imprévisible. Pour la première fois, il a été montré qu’il n’est pas nécessaire de détruire un photon unique pour l’observer.

Une autre expérience a permis à Serge Haroche et son équipe de déterminer la cartographie d’un « chat de Schrödinger », référence à une expérience de pensée qui exprime la superposition de deux états d’énergie. Il s’agit pour cette expérience de mesurer un atome dans deux états d’énergie superposés. Puis les scientifiques ont suivi l’évolution temporelle de cet atome et ont pu observer la perte de ses propriétés quantiques sous l’influence de la « décohérence » (phénomène qui permet de passer d’un état de physique quantique à un état de physique classique). Par ces expériences, ils ont expliqué pourquoi les systèmes formés d’un nombre gigantesque de particules apparaissent toujours comme dépendant de la physique classique.

Au-delà des enjeux très fondamentaux de la physique quantique, ces différentes manipulations de photons et d’atomes sont à la base des méthodes de stockage d’informations quantiques et de calculs quantiques. Alors que dans les ordinateurs et les circuits de communication usuels l’information est codée dans des signaux électriques ou lumineux sous forme de « bits » classiques prenant deux valeurs 0 et 1 exclusives l’une de l’autre, l’information quantique se propose d’utiliser des « bits quantiques » ou « qubits » portés par des systèmes quantiques pouvant exister dans une superposition des états 0 et 1. Le principe de superposition enrichit ainsi considérablement les possibilités du calcul et de la communication. Les théoriciens ont montré que des machines jonglant avec de tels qubits pourraient effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs actuels, ou encore rendre inviolable le secret de la communication d’information qui repose jusqu’à présent sur des protocoles classiques de cryptographie dont la sûreté absolue n’est pas démontrée.

 


 

Pages personnelles Serge Haroche
- Au laboratoire Kastler Brossel

- au Collège de France

 

Dans la presse :

- Le Monde : Le cantique du quantique
- Communiqué de presse
- Dossier de presse