Introduction aux lasers et à l'optique quantique

La première révolution quantique qui naît notamment sous l'impulsion d'Einstein au début du XXe siècle, bouleverse notre vision du monde, fait émerger des concepts surprenants comme la dualité onde-particule, et conduit à des inventions majeures : le transistor, le laser, les circuits intégrés des ordinateurs. Moins connu est le développement d'une deuxième révolution quantique initiée en 1935 par le débat entre Albert Einstein et Niels Bohr, et rendue possible à partir de la fin des années 1960 par l'expérimentation sur des particules individuelles. Cette révolution, qui se déroule encore sous nos yeux, repose sur la notion étrange de particules intriquées qui se comportent de manière extraordinairement similaire même lorsqu'elles sont éloignées. Cette notion a été vérifiée en particulier dans les expériences d'Alain Aspect au début des années 1980 et connaît déjà des applications concrètes, notamment en matière de cryptographie. Elle pourrait déboucher à terme sur des technologies nouvelles comme l'informatique quantique. Tourné vers une physique d'avenir, cet ouvrage raconte une magnifi que histoire de science, dans laquelle l'expérimentation a permis de trancher des débats philosophiques.

Ce livre présente les travaux qui ont valu à Alain Aspect le prix Nobel de physique. Il retrace la genèse du problème qu'il a cherché à résoudre en le replaçant dans l'histoire de la physique et des débats entre Einstein et Bohr entamés à la fin des années 1920 au sujet de la physique quantique, puis des découvertes de John Bell, qui travaille dans les années 1960 sur les variables cachées supposées par Einstein, persuadé que la physique quantique est incomplète. Alain Aspect découvre que le débat, qui repose sur des expériences de pensée, peut être tranché par une expérience de physique bien réelle : " Quelle situation extraordinaire : trancher par une expérience un débat de nature épistémologique, voire philosophique, sur la façon d'interpréter ce formalisme quantique tellement fructueux, capable de décrire avec précision tellement de phénomènes, et même d'inventer des technologies révolutionnaires comme le transistor ou le laser. Qui plus est, deux points de vue différents portés par les plus grands physiciens du XXème siècle. Comment résister à l'envie de travailler sur ce sujet ? " Ce sera le projet d'une vie. Ce livre raconte la genèse et la réalisation de cette expérience, qui se confond avec une existence de chercheur passionné. Il déroule plus d'un siècle de physique et nous permet de comprendre les questions qui ont agité les plus grands physiciens pendant plus d'un siècle, et de mieux se représenter comment on peut penser aujourd'hui la nature de la matière. Il s'achève par des chapitres tournés vers l'avenir et l'utilisation des technologies quantiques et de l'intrication : cryptographie, communication, calcul, métrologie quantiques, et aussi la téléportation quantique et l'informatique quantique.

Explication du monde à très petite échelle, celle des atomes et des photons, la physique quantique défie la logique ordinaire. La notion d' "intrication" aboutit ainsi à l'existence paradoxale d'un hasard ubiquitaire, capable de se manifester simultanément en plusieurs endroits de notre Univers... Cette stupéfiante particularité n'est pas une abstraction gratuite ou un jeu de l'esprit ; elle a des applications bien concrètes en cryptographie, pour la protection des données financières et médicales, et a permis la démonstration d'une "téléportation quantique", dont même la science-fiction la plus imaginative peine à entrevoir les possibilités. Ce livre ne tente pas d'éluder les difficultés logiques imposées par la physique quantique. De "jeu de Bell" en expériences d'intrication, il offre une solide compréhension d'un des domaines les plus fascinants de la physique actuelle.

Physicien théoricien, directeur du département de physique appliquée de l'Université de Genève, Nicolas Gisin est un pionnier de la cryptographie, de la téléportation et de l'informatique quantiques. Premier lauréat du prix John Stewart Bell, il est co-fondateur de la société id Quantique, leader mondial en cryptographie quantique.