Google, Microsoft, Intel, le gouvernement chinois :tous investissent massivement dans le développement d'un ordinateur quantique. Anton Zeilinger, l'un des fondateurs de ce domaine, n'est pas intéressé. "Je veux être libre et explorer les fondements de la physique quantique."
Qu'est-ce que la lumière ? Cela semble une question triviale, voire banale. Pas pour Anton Zeilinger, le physicien autrichien considéré comme l'un des pionniers et des figures de proue actuelles du domaine fascinant de l'information quantique. Après une conférence qu'il a donnée en janvier à Physics@FOM Veldhoven, la grand-messe annuelle des étudiants en physique aux Pays-Bas, Zeilinger a regretté de ne pas avoir pu montrer sa dernière diapositive au public enthousiaste en raison de contraintes de temps. Il contenait une citation moins connue d'Albert Einstein, dans laquelle il se lamente d'avoir passé toute sa vie à chercher en vain une réponse à la question « Qu'est-ce que la lumière ? Eh bien, j'ai soixante-dix ans maintenant et je ressens à peu près la même chose.'
La visite des marins à Veldhoven (près d'Eindhoven) a été caractérisée par des contraintes de temps. Le physicien quantique avait à peine quitté le podium qu'il était déjà assis dans un taxi en route vers l'aéroport de Schiphol. Eos a été autorisé à s'asseoir à côté du scientifique. C'est devenu un entretien de conduite. Avec style, grâce au taxi limousine.
Oui, qu'est-ce que la lumière exactement ? Et pourquoi pensez-vous que c'est une question si spéciale ?
Comme nous le savons depuis longtemps, la lumière se comporte à la fois comme une onde et comme une particule, elle a donc une double nature. C'est en soi bizarre. De plus, la vitesse de la lumière (dans le vide, ndlr) est la limite supérieure pour tout ce qui bouge dans notre univers, et elle est absolue. En d'autres termes, vous ne pouvez jamais dépasser un faisceau de lumière. Cette idée a conduit Einstein à sa théorie de la relativité, l'une des grandes révolutions de la physique au 20ème siècle."
‘Mais de nouvelles connaissances sur ce qu’est la lumière ont également conduit à cette autre grande révolution du début du siècle dernier :la physique quantique. L'énergie et la lumière se sont avérées être les deux faces d'une même médaille. Les deux sont émis en petits paquets d'énergie, « quanta » ou photons. En bref :la double nature de la lumière nous a amenés très loin, mais nous ne savons toujours pas quoi en faire."
Un manque de connaissances approfondies ne doit donc pas nécessairement ralentir les progrès de la science.
"Exactement. La success story de la science moderne est précisément le résultat du fait que les grands du passé – genre Galilée et Newton – ne se demandaient pas constamment ce qu'était exactement la lumière ou la masse. Tout d'abord, ils voulaient savoir comment tout fonctionnait et comment tout décrire mathématiquement. En d'autres termes, ils ont nourri une approche pragmatique. »
Vous comptez aussi parmi ces pragmatiques ?
"Pas vraiment. L'ordinateur quantique ultra-rapide à l'horizon n'est pas un moteur pour mes recherches quotidiennes sur l'information quantique. Je ne veux pas m'impliquer dans des recherches guidées par la technologie. Je veux être libre, ce qui signifie que je peux explorer les fondements de la physique quantique. Heureusement, j'ai le privilège de le faire."
"Dans mon groupe de recherche, nous travaillons depuis des années à combler les nombreuses lacunes des expériences d'intrication (en essayant de prouver que deux particules sont intriquées et s'influencent" instantanément ", quelle que soit leur distance. Je trouve cela intéressant et amusant , et à la fin d'une telle expérience, je continue de réaliser que le monde quantique est après tout incroyablement bizarre.'
Parlant d'une expérience d'intrication bien connue :en 2007, vous avez réussi à intriquer des photons sur une distance de 144 kilomètres, entre les îles Canaries de Tenerife et La Palma. Ce record du monde tient-il toujours ?
"En ce qui concerne l'enchevêtrement à l'air libre, oui. Dans un câble à fibre optique, d'autres scientifiques ont pu transporter des photons intriqués sur 200 kilomètres. Mais nous sommes sur le point de battre notre record, cette fois avec l'aide de la Chine. Un satellite chinois qui sera lancé cet été tentera d'envoyer des photons intriqués à notre laboratoire de Vienne, à une distance de 400 à 500 kilomètres."
Avec chaque expérience, les preuves de l'existence de l'intrication quantique augmentent, et ainsi le "réalisme local" devient de plus en plus insoutenable - le cadre intuitif de la physique classique, où vous supposez qu'il n'y a pas d'intrication à distance et que quelque chose est là, c'est quand tu ne regardes pas. Quel aspect de ce framework abandonneriez-vous personnellement en premier ?
« Je crains que nous devions abandonner à la fois la localité et le réalisme. Essayer de sauver le réalisme simplement parce que c'est un concept ancien et intuitif, je pense que c'est faible. Idem pour la localité :pourquoi ne pouvons-nous pas accepter que l'action fantomatique à distance existe ?'
Alors vous êtes un partisan de l'Interprétation de Copenhague, comme l'a dit Niels Bohr :« En physique, le résultat des mesures est étudié. Se demander où se trouvait une particule avant qu'elle ne soit mesurée est de la pure spéculation et n'a aucun sens."
"Non, pas du tout. En effet, il y a des collègues qui ne se soucient que de ce qu'ils peuvent mesurer. Ils agissent presque comme si les choses qu'ils ne mesurent pas n'existaient pas. Je pense que ça va trop loin. Pour mener une expérience, vous devez au moins croire en l'existence de votre propre appareil de mesure ?
Aux yeux de nombreux physiciens, cela semblera assez radical, mais je crois que derrière la mécanique quantique actuelle, il y a une nouvelle, la physique complètement inconnue est cachée. Une physique qui se heurtera à notre intuition encore plus fortement que ne le fait déjà la mécanique quantique."
Pouvez-vous déjà lever un coin du voile sur ce à quoi ressemblera cette "nouvelle physique" ?
"Non (rires). Mais une fois là-bas, je suis sûr que les gens seront nostalgiques de la mécanique quantique, au moins de certains aspects dont ils pourraient comprendre. Soit dit en passant, je ne pense pas que ce soit une évolution inquiétante. C'est juste la façon dont la physique se développe. »
‘Si vous regardez l’histoire des sciences, vous remarquez une nette évolution dans laquelle les théories s’écartent de plus en plus de notre pensée familière et intuitive. Soit dit en passant, ignorer notre comportement intuitif est un moyen très productif de progresser - c'est ce que Galilée et Newton savaient déjà."
Pourtant, nous vivons dans un monde macroscopique où il n'y a aucune trace d'effets mécaniques quantiques. Croyez-vous en une séparation entre le monde macro et micro ?
"Non. Mais je crois en une séparation stricte entre la physique classique et la physique quantique. Et juste pour être clair, je ne veux pas dire la même chose. Aujourd'hui, des groupes de recherche du monde entier découvrent – voire stimulent – des effets quantiques dans des objets de plus en plus grands. On a fait ça avec des bucky balls, des molécules géantes de soixante atomes de carbone, qu'on a pu placer en superposition quantique (les molécules sont alors dans plusieurs états quantiques en même temps, ndlr)'
Je pense que ce n'est qu'une question de temps avant que nous puissions voir et ressentir les effets de la mécanique quantique, même de nos propres yeux. Aussi dans les organismes vivants. Des expériences avec des molécules organiques sont déjà en cours. À long terme, les virus et les nanobactéries suivront. »
Cela peut-il conduire à de belles candidatures ? "Je trouve toujours ce genre de questions très difficiles à répondre. Lorsque des journalistes m'ont appelé dans les années 1990 et m'ont demandé quelles applications apporteraient mes recherches sur les fondements de la physique quantique, je n'ai jamais vraiment su quoi dire. Mais regardez, aujourd'hui tout le monde parle de l'ordinateur quantique. Ou regardez l'invention du laser dans les années 1950. Il n'a pas été développé pour lire des CD ou pour équiper les caisses des supermarchés.'
L'ordinateur quantique alors. Nous ne demandons pas combien de temps il faudra avant qu'il n'arrive – cela s'avère toujours faux. À quelle vitesse les « systèmes » actuels calculent-ils ? "Je ne peux pas chiffrer cela. Très lent en tout cas. Dans notre laboratoire, nous travaillons avec des systèmes quantiques de photons multiples, et ce en plusieurs dimensions. La vitesse à laquelle les interactions se déroulent ne m'intéresse pas tant que ça. Comme mentionné, je suis plus intéressé par les idées fondamentales. Par exemple, nous avons découvert dans nos systèmes que l'espace et le temps ne sont pas pertinents. L'emplacement des photons et l'ordre des interactions ne semblent pas avoir beaucoup d'importance. C'est très bizarre. Peut-être que l'espace et le temps sont des concepts qui n'apparaissent qu'à notre niveau familier et classique.'
Vous allez donc bientôt mener une nouvelle expérience d'enchevêtrement avec les Chinois. La Chine s'intéresse-t-elle également à l'ordinateur quantique ?
"Et ou. Le pays va débloquer des milliards pour les quinze prochaines années. Il veut apparemment devenir un chef de file dans la recherche et les applications de l'information quantique à tout prix. Alors peut-être que la future 'Quantum Valley' sera en Chine.”
Internet sera-t-il bientôt complètement "quantique" ? « Personnellement, je suis convaincu qu'un jour toutes nos technologies de l'information seront quantiques. Pourquoi? Parce que je ne vois aucune barrière de principe qui puisse arrêter ça. Tous ces réseaux quantiques fonctionneront sur la base de photons. À la fois par satellite et par câble à fibre optique. L'avantage est que nous pouvons réutiliser une partie de l'infrastructure actuelle. Les seuls câbles que nous devrons remplacer sont ceux des amplificateurs et des répéteurs. Car une amplification ou une répétition d'un signal implique une intervention, et comme on le sait, l'information quantique s'effondre alors. Soit dit en passant, les coûts les plus importants iront aux logiciels et au matériel quantiques. Tout doit être développé à partir de zéro."
Vous proposez d'enseigner aux enfants les bases de la mécanique quantique. Pourquoi ? "Je suis juste curieux de savoir ce qui se passerait si nous devions enseigner l'intuition quantique aux enfants du primaire au lieu de l'état d'esprit newtonien classique. Peut-être que la mécanique quantique semblera familière à ces enfants plus tard.'
Cette interview a déjà été publiée dans le magazine Eos (mars 2016)
