Mise à jour le 3 Mai 2023
CONFÉRENCE DÉBAT
« Cent
ans de mécanique quantique : de Broglie aux inégalités
de Bell et à l’information quantique »
À L’ACADÉMIE DES SCIENCES
INSTITUT DE FRANCE
18 Avril 2023 14h30 Coupole de l’Institut de France
23 Quai Conti Paris 75006
Photos : JPM et DB pour l'ambiance (les photos avec plus de
résolution peuvent
m'être demandées
directement)
BREF COMPTE RENDU
Cette conférence-débat présente l’avantage de réunir en un seul
endroit prestigieux, trois prix Nobel de Physique.
La grande coupole de
l’Académie pour cet évènement exceptionnel.
Un prestigieux programme.
Vidéo de l’évènement : voir page d’accueil pour toutes les
vidéos. PAS ENCORE DISPO
PAS ENCORE D’INFORMATION SUR LES PRÉSENTATIONS ET VIDÉOS.
Comme toutes les vidéos sont publiées, je ne fais qu’un très très
court CR de cette réunion.
Les slides étaient peu visibles de ma place.
CONFÉRENCE
DÉBAT :.
1.
Le coup de génie de Louis de
Broglie par Olivier DARRIGOL, historien de sciences, directeur de recherche
émérite au CNRS et membre de l’UMR SPHERE
2.
Inégalités de Bell
: des débats théoriques aux tests expérimentaux par Sara DUCCI,
professeure à l'Université Paris Cité et membre de l’UMR Matériaux et Phénomènes
Quantiques (UPCité/CNRS)
3.
Les tests expérimentaux des
inégalités de Bell à l'Institut d’Optique par Philippe GRANGIER, directeur
de recherche au CNRS, Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique
4.
A personal voyage through
Quantum Wonderland par Anton ZEILINGER, associé étranger de l’Académie des
sciences, lauréat du prix Nobel 2022 de physique
5.
Intrication, mesure et
décohérence quantiques : des expériences de pensée à leur réalisation au
laboratoire par Serge HAROCHE, membre de l’Académie des sciences, lauréat du
prix Nobel 2012 de physique
6.
Les révolutions quantiques
: des concepts aux applications par Alain ASPECT, membre de l’Académie des
sciences, lauréat du prix Nobel 2022 de physique
CONFÉRENCE - DÉBAT
1- LE COUP DE GÉNIE DE
LOUIS DE BROGLIE PAR OLIVIER DARRIGOL.
Tiré du programme :
Le
10 septembre 1923, Jean Perrin présentait à l'Académie des sciences une note de
Louis de Broglie proposant d'associer une onde aux corpuscules matériels.
Cette idée était si singulière, elle bouleversait si profondément
les conceptions reçues de la matière, et elle joua plus tard un rôle si
essentiel dans l'invention d'une nouvelle mécanique, qu'elle se prête mieux que
toute autre innovation scientifique à l'image romantique du "coup de génie."
Un examen attentif des sources et des arguments de Louis de
Broglie permet cependant d'apprécier une grande rationalité de sa démarche, une
fois admise l'étincelle heuristique qui lui permit de renverser l'analogie entre
lumière et matière
Ondes et quanta. Louis de Broglie, présenté par Jean Perrin. À la
séance du 10 Septembre 1923). Sur les Quanta de lumière, diffraction et
interférences.
À cette occasion, il découvre que tous les atomes propagent une
onde, posant ainsi les bases de la mécanique ondulatoire à l’origine de la
physique quantique
Un
souvenir très personnel sur Louis de Broglie.
À la fin des années 1950, j’avais une quinzaine d’années et je
prenais très souvent le métro (station Sablons ligne 1) à Neuilly où j’habitais.
Et régulièrement, un Monsieur d’un certain âge, empruntait la même rue que moi
et se dirigeait vers la station de métro.
Il était droit comme un I en redingote, ou similaire et col
amidonné et avançait sans l’air de voir son environnement.
Il montait dans la rame de métro (en première) et moi en seconde.
J’ai su que c’était Louis de Broglie, notre génie.
2-
INÉGALITÉS DE BELL : DES
DÉBATS THÉORIQUES AUX TESTS EXPÉRIMENTAUX PAR SARA DUCCI
L’intrication est une des propriétés les plus fascinantes de la
mécanique quantique ; quand deux particules sont intriquées, la mesure des
propriétés de l'une permet de connaître instantanément les propriétés de sa
jumelle, quelle que soit la distance les séparant.
Cet exposé retracera les principales étapes historiques ayant
ponctué les avancées autour de cette propriété si contre-intuitive, des débats
théoriques entre Einstein et Bohr aux théorèmes de Bell, jusqu’aux tests
expérimentaux ayant ouvert la voie au développement du domaine de l’information
quantique.
Photo : D Baudvin
Elle nous parle du fameux paradoxe EPR (Einstein, Podolsky et
Rosen).
Ces trois personnages en 1935 proposent une expérience de pensée
(qui est devenue l’expérience EPR).
Pour Einstein ces paires de particules intriquées, sur lesquelles
une mesure sur l’une induit une propriété immédiate sur l’autre.
Cette violation de la vitesse de la lumière choque Einstein, il
imagine qu’il y a des variables « cachées » pour expliquer ce phénomène. Elles
auraient été « traitées » au moment de l’interaction initiale.
Bohr est évidemment d’un autre avis. Et c’est lui qui va avoir
raison.
Puis elle continue avec John Bell, physicien théoricien
travaillant au CERN. Il mit au point des inégalités qui devraient démontrer par
l’expérience qui de Bohr ou d’Einstein avait raison.
3- LES TESTS
EXPÉRIMENTAUX DES INÉGALITÉS DE BELL À L'INSTITUT D’OPTIQUE PAR PHILIPPE
GRANGIER
Cet exposé présentera les expériences de tests des inégalités de
Bell réalisées à l’Institut d’Optique au début des années 1980, à l’initiative
et sous la direction éclairée d’Alain Aspect.
Nous évoquerons aussi les expériences qui ont suivi, sur la
production d’états à un seul photon, les effets d’interférences associés, et
l’expérience « à choix retardé » de Wheeler.
Photo : D Baudvin
Il nous relate les différentes expériences effectuées avec
différents polariseurs.
4-
A PERSONAL VOYAGE
THROUGH QUANTUM WONDERLAND PAR ANTON ZEILINGER
Anton
Zeilinger, de l’Université de Vienne, et actuellement professeur émérite à cette
même université. Il est aussi membre étranger de l’Académie des Sciences.
Son intérêt principal réside dans l’intrication quantique, à
cette occasion il reçoit le Prix Nobel de Physique.
Voici comment il présente son allocution :
I will review
my experiments on the foundation of quantum physics. In early neutron
interferometry experiments single particle interference effects were realized.
Later
experiments concerned fundamental tests and applications of quantum
entanglement.
These include
loophole-“free” tests of Bell’s inequality, quantum state teleportation,
entanglement swapping, and Cosmic Bell Tests.
Photo : D Baudvin
Rappelons ses fameuses expériences d’intrication aux Iles
Canaries en 2015.
Il a téléporté une douzaine de particules entre les deux îles, La
Palma et Tenerife distantes de 143km.
Il fabrique une paire de photons intriqués et il en envoie un des
deux de La Palma à Tenerife avec un Laser.
Il utilise maintenant un troisième photon qu’il veut téléporter
et le fait interagir à La Palma.
Sur l’Ile de Tenerife, le photon précédemment téléporté acquiert
immédiatement la propriété du troisième photon de La Palma sans avoir été
transporté physiquement sur cette distance.
C’est une copie identique de ce troisième photon que l’on a
obtenue. Comme s’il avait été téléporté !!! Les scientifiques sont donc parvenus
à transférer les propriétés physiques d’une particule (un photon ici) par
téléportation quantique.
5- INTRICATION, MESURE
ET DÉCOHÉRENCE QUANTIQUES : DES EXPÉRIENCES DE PENSÉE À LEUR RÉALISATION AU
LABORATOIRE PAR SERGE HAROCHE
Serge
Haroche est professeur émérite au Collège de France et membre de l’Académie des
sciences. Il obtient le prix Nobel de Physique en 2012 pour, je cite : « les
méthodes expérimentales novatrices qui permettent la mesure et la manipulation
des systèmes quantiques individuels »
Pionnier de l’électrodynamique quantique en cavité.
Voici comment il présente son intervention :
L’intrication, illustrée de façon spectaculaire par les
expériences sur les inégalités de Bell, est une propriété fondamentale de la
physique quantique dérivant directement du principe de superposition d’états.
L’exposé fera un rappel historique montrant comment le concept
d’intrication a été analysé dès les débuts de la physique quantique à l'aide
d'expériences de pensée.
Photo : D Baudvin
Ces expériences sont devenues réelles quand il a été possible de
manipuler de façon individuelle des atomes et des photons isolés.
L’exposé décrira quelques-unes de ces expériences qui illustrent
le rôle de l’intrication dans le mécanisme de la mesure quantique et dans le
phénomène de la décohérence.
6- LES RÉVOLUTIONS
QUANTIQUES : DES CONCEPTS AUX APPLICATIONS PAR ALAIN ASPECT
Alain
Aspect est un ancien élève de l'ENSET de Cachan (aujourd'hui ENS–Paris-Saclay)
et de l'université d'Orsay. Il est actuellement professeur à
l'Institut d'Optique-Université
Paris-Saclay et à l'École polytechnique. Il a travaillé au
laboratoire Kassel avec C Cohen Tannoudji, puis à l’institut d’optique. Il
obtient le
prix Nobel de physique en 2022 (avec J Clauser et A Zeilinger) pour ses
travaux pionniers sur l’intrication quantique.
Photo : D Baudvin
La première révolution quantique a eu trois volets : conceptuel,
scientifique, technologique. La seconde révolution quantique repose sur deux
concepts : l’intrication, et la possibilité de manipuler les objets quantiques
individuels.
Ces concepts ont conduit à des avancées scientifiques
fascinantes.
Les applications technologiques n’en sont qu’à leur début.
Que nous réservent-elles ?
Il y a eu trois générations d’expériences, qui ont mené notamment
à la cryptographie quantique.
De
Wikipedia : La cryptographie quantique consiste
à utiliser les propriétés de la physique quantique pour établir des protocoles
de cryptographie qui permettent d'atteindre des niveaux de sécurité qui sont
prouvés ou conjecturés non atteignables en utilisant uniquement des phénomènes
classiques (c'est-à-dire non-quantiques). Un exemple important de cryptographie
quantique est la distribution quantique de clés, qui permet de distribuer une
clé de chiffrement secrète entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant
la sécurité de la transmission grâce aux lois de la physique quantique et de la
théorie de l'information. Cette clé secrète peut ensuite être utilisée dans un
algorithme de chiffrement symétrique, afin de chiffrer et déchiffrer des données
confidentielles.
POUR ALLER PLUS LOIN :
Les
expériences d’Aspect chez Wikipedia.
Téléportation quantique : On progresse, atome par atome….
Rencontre avec S Haroche : CR de sa présentation à l’Académie des Sciences du 28
Fev 2017
Jongler avec des photons dans une boîte et réaliser des chats de Schrödinger de
lumière avec la vidéo :
http://www.academie.hassan2.sciences.ma/video/mp4/sps_2013_haroche.mp4
Alain Aspect : "La seconde révolution quantique conduira à des applications
inédites"
La cryptographie et la communication quantiques par le CEA.
Des questions d'Einstein aux qubits : la seconde révolution quantique
conférence d’Alain Aspect.
Du photon d'Einstein à la cryptographie quantique conférence d’Alain Aspect.
Le photon, onde ou particule ? : CR de la conf. IAP d’Alain Aspect du 2 Nov 2015
À quoi sert l'intrication quantique?
L'intrication quantique :
CR conf SAF (Cosmologie) d'Olivier Laurent du 11 Mars 2023
La cryptographie
quantique par l’université de Genève.
Jean Pierre Martin .Président de la Commission de Cosmologie de
la SAF.
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