Des applications multiples
Aujourd’hui, la théorie quantique, dont les succès ont été éclatants au cours du siècle dernier peut expliquer pratiquement tous les phénomènes physiques en décrivant de façon extrêmement précise les interactions entre électrons et photons, entre expérience et théorie.
La physique quantique ne se contente pas de décrire avec précision la structure de la matière. Elle fournit également des moyens d’action, de calcul et de diagnostic d’une puissance et d’une précision auparavant inimaginables, ouvrant ainsi la porte à de très nombreuses applications dans divers domaines.
C’est par exemple la technologie quantique qui a permis la miniaturisation de l’ordinateur. Autre exemple d’invention basée sur le quantique : le laser qui a permis de domestiquer la lumière et dont les usages vont du simple faisceau lumineux à la reproduction des sons, en passant par les lecteurs de codes-barres, la microchirurgie ou les télécommunications par fibre optique.
Autre application encore : la mesure précise du temps via les oscillations de variables physiques associées aux électrons atomiques. Les horloges atomiques, synchronisées entre elles et embarquées sur des satellites, envoient des signaux aux appareils récepteurs du Global Positioning System (GPS).
L’imagerie médicale par résonance magnétique (IRM) est un autre exemple de technologie basée sur la compréhension de processus quantiques. Les images IRM sont en fait produites par la convergence de trois technologies quantiques : un champ magnétique puissant produit par des bobines supraconductrices et des séquences de champs de radiofréquence qui mettent en résonance les moments magnétiques des noyaux de nos atomes et qui sont ensuite transformés en images par des ordinateurs surpuissants.
Enfin, la logique quantique promet d’être très utile en cryptographie, la science de l’échange secret de l’information, si utile en géopolitique, notamment en période de conflit.
Le fonctionnement de toutes ces techniques est longtemps resté incompréhensible pour les esprits classiques jusqu’à ce que Max Planck élabore au début du siècle dernier le principe de la quantification des échanges d’énergie entre matière et radiation, mettant en marche la révolution quantique.
Mais, même aujourd’hui, après un siècle de succès, la physique quantique reste déroutante car elle repose sur des concepts contraires à l’intuition classique. Son principe fondamental est celui de la « superposition des états ». Dans le monde quantique, « Dieu joue au dés » remarquait déjà Albert Einstein. Ce principe de superposition conduit ensuite aux phénomènes d’interférence et d’intrication entre ondes et matière. Décrire la physique quantique avec des mots et des images issus de l’expérience classique présente des limites et des dangers, sauf à s’immerger dans la structure mathématique de la théorie, qui selon Serge Haroche est d’une grande simplicité (CQFD). Elle demande en tout cas de pouvoir fournir un effort d’abstraction important. Ce qui explique pourquoi la physique quantique reste si difficile à enseigner à un niveau élémentaire. “Si la mécanique quantique ne vous a pas profondément choqué, c’est que vous ne l’avez pas comprise” écrivait d’ailleurs le physicien danois Niels Bohr.