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Le prix Nobel de physique 2025 a été décerné mardi 7 octobre au Britannique John Clarke, à l’Américain John M. Martinis et au Français Michel H. Devoret pour leurs travaux dans la mécanique quantique. Un Nobel qui a mis en joie Montpellier et l’équipe métrologie quantique du Laboratoire Charles Coulomb dont le domaine de recherche porte également sur les circuits quantiques, de l’effet tunnel aux qubits. Explication avec le physicien Boris Chenaud*.

Françoise Verna : Ce prix Nobel de physique est l’aboutissement d’une recherche fondamentale qui remonte à combien de temps ? Et, question complémentaire, dans quel domaine on se situe avec cette découverte, je cite, « de l’effet tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l’énergie dans un circuit électrique » ?

Boris Chenaud : Cette recherche remonte au moins à une trentaine d’années ce qui montre que les choses se construisent petit à petit, brique après brique. Avec cette découverte, nous sommes vraiment à la frontière entre le monde classique et le monde quantique. Avec les circuits électriques et électroniques dont on parle là. La physique quantique, on l’étudie à l’échelle atomique. Pour donner un ordre de grandeur : la taille d’un atome c’est très très petit. Si vous avez une barre d’un mètre, vous pouvez mettre 10 000 milliards d’atomes côté à côté pour montrer comment ils sont petits. Avec ces circuits électriques, on est de l’ordre du micro-mètre, six ordres de grandeur en dessous du mètre. Mais on arrive quand même à voir des effets quantiques parce que l’on travaille à très basse température. On a les moyens expérimentaux avec des frigos un peu spéciaux, des cryostats à dilution.

Olivier Notalle : Pourquoi faut-il une température très très basse pour étudier ces phénomènes quantiques ?

Boris Chenaud : Parce que dans la température il y a des énergies que l’on appelle d’agitation thermique, c’est des choses qui expliquent, par exemple, le mouvement brownien, Albert Einstein avait fait un article magnifique sur ces questions en 1905. Et donc la température c’est l’agitation des atomes, des molécules. Or, si vous voulez percevoir, mesurer des phénomènes quantiques, il ne faut pas être perturbé par l’extérieur, l’environnement avec des températures trop hautes. C’est l’inverse de la physique des accélérateurs de particules. Là, on essaie d’avoir des signatures très fines de phénomènes quantiques qui ont des niveaux d’énergie très fins.

Françoise Verna : Qu’ont pu observer les lauréats du prix Nobel de physique ?

Boris Chenaud : Ce qu’ils ont réussi à faire il y a trente ans c’est l’électronique à un électron. C’est-à-dire de manipuler les électrons un par un pour les mettre dans des boîtes qu’on appelle des transistors à un électron et ce pour pouvoir gérer la quantité d’électrons qu’il y a dans ces boîtes. Cela a été la brique de base de leur travail qui après a donné les qubits.

Olivier Nottale : En quoi c’est exceptionnel ?

Boris Chenaud : L’expérience montée par les trois lauréats qui a vraiment mis le pied à l’étrier à tout un domaine, celui de l’électronique quantique où on essaie de mesurer des effets quantiques, que cela soit sur la conduction, l’inductance, l’énergie de ces circuits électriques et de les utiliser un peu comme des atomes, ce qui va nous permettre de les manipuler et d’en faire des qbits, c’est-à-dire la brique de base des ordinateurs quantiques.

Françoise Verna: La recherche fondamentale se déroule essentiellement dans le secteur public. On sait que l’enjeu est de développer l’ordinateur quantique. Cela existe déjà ?

Boris Chenaud : Oui et la grosse course actuelle est d’avoir le plus de qubits, le plus de cellules actives possibles. Nous, au laboratoire Charles Coulomb de Montpellier, nous avons accès grâce à un partenariat avec IBM à des ordinateurs quantiques qui ont 5 ou 9 qubits. Mais il y a des programmes de recherche avec plusieurs centaines voire quelques milliers de qubits avec d’autres grandes entreprises. Cela demande beaucoup de moyens.

Olivier Nottale : La physique quantique a des applications en astrophysique mais votre domaine c’est la métrologie. C’est-à-dire ?

Boris Chenaud : On participe au mouvement international qui a pour but de définir des unités le plus précisément possible. Nous ne le faisons pas comme avant avec des objets mais à partir des constantes fondamentales que sont la charge de l’électron, la constante de Planck etc.

Françoise Verna : Quels sont vos outils pour enseigner la physique quantique difficile à conceptualiser ?

Boris Chenaud : On dit souvent à nos étudiants, la physique quantique, comme la relativité, on ne la comprend pas vraiment mais on s’y habitue ! Notre rôle d’enseignants c’est d’essayer d’habituer nos étudiants à ces phénomènes que l’on ne croise pas au quotidien car nous sommes baignés dans le monde classique.

* Boris Chenaud est l’auteur
de l’ouvrage « 1905, l’année miraculeuse d’Einstein ». Éditions ellipses.

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