Le temps, un atout précieux pour libérer le potentiel du monde quantique
La mécanique quantique – la théorie qui décrit les propriétés physiques de la nature à l’échelle des atomes et des particules subatomiques – est mystérieuse, fascinante et parfois déconcertante. Cela est en partie dû au fait que les lois qui régissent la physique classique sont tout simplement insuffisantes pour rendre pleinement compte de ce qui se passe à cette échelle. «La théorie de la mécanique quantique a commencé à être développée il y a environ 100 ans, en vue d’expliquer les propriétés des atomes», explique Otfried Gühne, coordinateur du projet TempoQ à l’université de Siegen, en Allemagne. «Il s’agissait d’une théorie de nature éminemment fondamentale. Puis, dans les années 1980 et 1990, les chercheurs ont commencé à se rendre compte que la mécanique quantique pouvait avoir des implications dans le domaine du traitement de l’information.» Les physiciens ont notamment découvert que les algorithmes exécutés sur un ordinateur quantique (un dispositif qui exploite les propriétés collectives des états quantiques) pouvaient résoudre certains problèmes plus rapidement qu’un ordinateur classique. Les scientifiques ont également montré que les phénomènes quantiques pouvaient être exploités en cryptographie, afin de sécuriser encore davantage la transmission des informations. «Des développements importants ont également été effectués sur le plan expérimental», ajoute Otfried Gühne. «Au cours des dernières décennies, des chercheurs ont réussi à piéger et manipuler des atomes individuels.»
Des corrélations temporelles
Le projet TempoQ, financé par le Conseil européen de la recherche, cherchait à tirer parti de ces développements, aussi bien sur le plan théorique qu’expérimental, pour examiner des phénomènes spécifiques à l’échelle quantique. Alors que de nombreux chercheurs ont étudié les corrélations spatiales entre les atomes afin de mieux comprendre la mécanique quantique, Otfried Gühne et son équipe ont décidé de s’intéresser aux corrélations temporelles. En d’autres termes, ils ont effectué des mesures sur le même atome mais à des périodes différentes. Otfried Gühne et son équipe ont ensuite étudié ce que ces mesures pouvaient nous apprendre sur le monde quantique. «Ce projet était d’une nature extrêmement fondamentale et, en tant que tel, il s’inscrivait dans un contexte bien plus proche des mathématiques que de toute autre application pratique», fait remarquer Otfried Gühne. «Nous souhaitions tout particulièrement identifier certaines mesures qui ne pourraient être expliquées que par la théorie quantique.»
Des découvertes quantiques
Les expériences menées par Otfried Gühne et son équipe ont fait progresser une théorie générale des corrélations temporelles au niveau quantique, et ont permis de prouver certaines propriétés quantiques, ce qui n’aurait pas été possible en appliquant la théorie de la physique classique. «La nature fondamentale de TempoQ nous a également permis d’aborder certaines questions ouvertes sur la nature de la mécanique quantique», explique Otfried Gühne. «Même si cela n’était pas prévu au début du projet, nous avons réussi à démontrer une conjecture sur les corrélations temporelles quantiques qui avait été émise il y a 25 ans! Le chercheur postdoctoral qui a travaillé sur cette question a même remporté un prix pour cette découverte.» Le succès du projet a également permis de mettre en valeur le profil du groupe de recherche d’Otfried Gühne et d’attirer des chercheurs et des enseignants dans son laboratoire. Bien que ces recherches n’aient pas débouché sur des innovations ou des produits directement identifiables, Otfried Gühne nous explique pourquoi la science fondamentale revêt une si grande importance. «Tout d’abord, n’oublions pas que la recherche fondamentale est par essence intéressante», indique-t-il. «Songez aux premières recherches qui se sont penchées sur des choses comme la cryptographie et l’informatique quantiques dans les années 1980: tout cela était purement spéculatif et théorique. Les lasers, par exemple, qui sont utilisés dans de nombreux secteurs, représentaient encore un domaine de recherche fondamentale dans les années 1960. Ce n’est qu’à partir de ces années-là que l’on a commencé à s’intéresser aux applications possibles.» À cet égard, Otfried Gühne estime que le projet TempoQ a apporté une contribution importante au domaine de la théorie quantique, dont les applications futures en informatique, en cryptographie et dans d’autres secteurs pourraient un jour révolutionner nos vies.
Mots‑clés
TempoQ, quantique, physique, informatique, cryptographie, mécanique, atomes, lasers
