A l'occasion de l'Ann¨¦e internationale des sciences et technologies quantiques (IYQ) 2025, la Chronique de l'ONU a pos¨¦ une s¨¦rie de questions au professeur Klaus Richter, pr¨¦sident de la Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG)/Soci¨¦t¨¦ allemande de physique, concernant la nature de la physique quantique et ses b¨¦n¨¦fices potentiels pour l'humanit¨¦. L'entretien qui en r¨¦sulte vise ¨¤ fournir ¨¤ nos lecteurs des informations accessibles sur ce domaine hautement complexe du d¨¦veloppement scientifique et technologique.
Entretien
L'Ann¨¦e internationale des sciences et technologies quantiques (IYQ) vise ¨¤ approfondir la compr¨¦hension des technologies quantiques, notamment de leur potentiel transformateur. Pourriez-vous, ¨¤ titre d'information g¨¦n¨¦rale, expliquer ce qu'est la m¨¦canique quantique et son importance ?
La m¨¦canique classique d¨¦crit le monde macroscopique qui nous entoure, du mouvement des plan¨¨tes aux boules de billard. Cependant, elle ¨¦choue dans le microcosme. La m¨¦canique quantique est le cadre th¨¦orique de la physique quantique. Elle comble cette lacune aux plus petites ¨¦chelles et d¨¦crit le comportement et l'interaction des mol¨¦cules, des atomes et m¨ºme des particules plus petites qui les composent. En physique classique, l'¨¦nergie varie continuellement. En physique quantique, en revanche, elle est limit¨¦e ¨¤ des valeurs discr¨¨tes et cro?t par paliers. L'¨¦nergie est donc un multiple de ? portions d'¨¦nergie ? plus petites, les quanta.
La m¨¦canique quantique a consid¨¦rablement enrichi notre vision du monde et rendu accessible le cosmos atomistique : ce qui n'¨¦tait au d¨¦part qu'une vague th¨¦orie en 1925 nous permet de comprendre la nature : pourquoi le soleil brille-t-il ? Qu'est-ce qui maintient les atomes ensemble ? Pourquoi certains ¨¦l¨¦ments contribuent-ils au r¨¦chauffement climatique et d'autres non ? Pourquoi les objets sont-ils magn¨¦tiques ? Toutes ces exp¨¦riences quotidiennes ne peuvent ¨ºtre expliqu¨¦es que par la physique quantique.
De plus, la m¨¦canique quantique a conduit ¨¤ des avanc¨¦es techniques r¨¦volutionnaires et fait d¨¦sormais partie int¨¦grante de notre quotidien : qu'il s'agisse des transistors comme composants de nos technologies intelligentes, comme les ordinateurs et les t¨¦l¨¦phones portables, des LED (diodes ¨¦lectroluminescentes) comme sources lumineuses ¨¦conomes en ¨¦nergie, du positionnement et de la navigation (GPS), de la nouvelle d¨¦finition du kilogramme, ou encore de l'imagerie par r¨¦sonance magn¨¦tique comme outil essentiel au diagnostic m¨¦dical, la m¨¦canique quantique a un impact sur tous les domaines de la science, de la technologie, de la culture et de l'art.
Vous avez not¨¦ qu'? apr¨¨s 100 ans de succ¨¨s en physique quantique, nous pourrions ¨ºtre ¨¤ l'aube d'une deuxi¨¨me r¨¦volution quantique ?. Selon vous, quels seront les prochains impacts majeurs des progr¨¨s de la science et de la technologie quantiques sur nos vies ?
La ? premi¨¨re r¨¦volution quantique ?, fond¨¦e sur les quanta d'¨¦nergie et la nature ondulatoire des particules quantiques, a d¨¦but¨¦ au milieu du XXe si¨¨cle. La ? deuxi¨¨me r¨¦volution quantique ? a d¨¦but¨¦ au d¨¦but du XXIe si¨¨cle. Elle repose sur la capacit¨¦ croissante ¨¤ contr?ler enti¨¨rement le comportement quantique des constituants ¨¦l¨¦mentaires tels que les photons ou les atomes. Ces avanc¨¦es pourraient ouvrir la voie ¨¤ notre r¨¦flexion future sur l'informatique, la mesure et l'information. Certains produits de la technologie quantique, comme les horloges atomiques, sont d¨¦j¨¤ op¨¦rationnels ; d'autres, comme l'informatique quantique, passeront du stade de la recherche aux premi¨¨res applications commerciales. Gr?ce ¨¤ de nouveaux algorithmes quantiques, les ordinateurs quantiques pourraient un jour s'attaquer ¨¤ des probl¨¨mes in¨¦dits et extr¨ºmement complexes. Les m¨¦thodes sophistiqu¨¦es d'intrication , autre caract¨¦ristique de la ? deuxi¨¨me r¨¦volution quantique ?, pourraient donner naissance ¨¤ une technologie de capteurs totalement nouvelle.
Je pense qu'il n'y a pas de limites ¨¤ la cr¨¦ativit¨¦ dans le domaine des applications quantiques. Les technologies quantiques du futur influenceront probablement ¨¤ nouveau fortement notre monde. Mais nous ignorons tout simplement quand et sous quelle forme cela se produira dans un avenir lointain. ? cet ¨¦gard, l'¨¦volution des technologies quantiques au cours des 100 derni¨¨res ann¨¦es pourrait nous donner une id¨¦e : dans les ann¨¦es 1950, des avanc¨¦es telles que le laser ou la manipulation d'atomes uniques n'¨¦taient tout simplement pas anticip¨¦es. Nous devrions avoir l'imagination n¨¦cessaire pour anticiper l'inattendu dans un avenir lointain.
Chaque jour, nous assistons au d¨¦veloppement et ¨¤ l'application rapides des big data et des syst¨¨mes d'intelligence artificielle (IA). Dans quelle mesure ces syst¨¨mes sont-ils d¨¦j¨¤ fa?onn¨¦s par la science et la technologie quantiques, et quels sont, selon vous, les risques et les opportunit¨¦s de la physique quantique en IA (et vice versa) ?
Les d¨¦veloppements mondiaux, rapides et r¨¦volutionnaires en cours dans les applications du big data, de l'IA et de l'apprentissage automatique ont ¨¦t¨¦ particuli¨¨rement stimul¨¦s par les avanc¨¦es du calcul ¨¤ haute performance au cours de la derni¨¨re d¨¦cennie. Les processeurs et leur fabrication reposent sur une technologie quantique de pointe, impliquant des mat¨¦riaux semi-conducteurs et des lasers ultraviolets extr¨ºmes (XUV). Par cons¨¦quent, l'essor de l'IA serait tout simplement impossible sans la m¨¦canique quantique.
Les fondements de l'IA ont ¨¦t¨¦ pos¨¦s en physique, et le big data ¨¦tait un sujet abord¨¦ en physique des particules, par exemple, bien avant d'acqu¨¦rir l'importance qu'il a aujourd'hui. De nos jours, ¨¤ l'inverse, les m¨¦thodes d'apprentissage automatique sont de plus en plus utilis¨¦es en recherche et d¨¦veloppement en physique, et donc, bien s?r, pour concevoir de nouvelles technologies quantiques.
Nous observons de plus en plus l'imbrication croissante des m¨¦thodes d'IA, de physique quantique et d'informatique quantique. On trouve par exemple l'apprentissage automatique inspir¨¦ de la physique, ainsi que l'apprentissage automatique quantique, qui consiste ¨¤ int¨¦grer des algorithmes quantiques dans des programmes d'apprentissage automatique. L'interaction de ces deux m¨¦thodes en plein essor ¨C algorithmes quantiques et IA ¨C offre certes des synergies insoup?onn¨¦es. Cependant, la rapidit¨¦ avec laquelle ce ph¨¦nom¨¨ne ¨¦volue comporte ¨¦galement des risques potentiels.
En tant que pr¨¦sident de la Soci¨¦t¨¦ allemande de physique (DPG), partenaire fondateur de l¡¯IYQ, comment voyez-vous l¡¯h¨¦ritage des 100 derni¨¨res ann¨¦es de science quantique ¨¦clairer votre travail en faveur des objectifs de l¡¯Ann¨¦e internationale ?
Il y a cent ans, G?ttingen, en Allemagne, a jou¨¦ un r?le central dans la cr¨¦ation de la physique quantique telle que nous la connaissons aujourd'hui. En 1925, les lois fondamentales de la m¨¦canique quantique y ont ¨¦t¨¦ formul¨¦es pour la premi¨¨re fois. Compte tenu de ce qui s'est pass¨¦ ¨¤ G?ttingen, l'IYQ rev¨ºt donc une importance particuli¨¨re pour la communaut¨¦ des physiciens allemands. Au sein de la DPG, nous avons donc consacr¨¦ toute l'ann¨¦e 2025 ¨¤ la physique quantique ! Nous c¨¦l¨¦brons ses succ¨¨s, mais nous nous concentrerons surtout sur les perspectives d'avenir de la m¨¦canique quantique.
? cette fin, DPG propose un programme de sensibilisation complet tout au long de l'ann¨¦e, comprenant cinq axes th¨¦matiques : (i) la physique quantique dans la recherche et les technologies quantiques ; (ii) les quanta ¨¤ l'¨¦cole, jouer avec les quanta : les technologies quantiques modernes peuvent donner un nouvel ¨¦lan ¨¤ l'enseignement afin d'accro?tre la sensibilisation du public et une ¨¦ducation large dans les sciences naturelles dans leur ensemble ; (iii) les quanta dans la musique, dans la philosophie, l'art, les films et la litt¨¦rature ; (iv) les quanta dans le monde professionnel, la carri¨¨re et l'ouverture ¨¤ la soci¨¦t¨¦ ; et (v) le chemin vers le monde quantique moderne et au-del¨¤.
La th¨¦orie quantique est l'une des plus grandes d¨¦couvertes fondamentales de l'humanit¨¦ sur le monde dans lequel nous vivons. Nous pouvons ¨ºtre enthousiastes, mais nous ne devons pas promettre trop d'avenir pour l¡¯avenir pr¨¦visible. DPG souligne l'importance capitale de la science quantique et pr?ne la promotion effective d'une recherche solide et libre sur les fondamentaux de la physique quantique. Parall¨¨lement, et dans le prolongement de l'h¨¦ritage des 100 derni¨¨res ann¨¦es, la science est appel¨¦e ¨¤ accompagner les nouveaux d¨¦veloppements des technologies quantiques de mani¨¨re responsable et au b¨¦n¨¦fice de l'humanit¨¦, et ¨¤ examiner attentivement leurs possibles impacts soci¨¦taux. Cela implique ¨¦galement de faire preuve de transparence et d'informer la soci¨¦t¨¦ des opportunit¨¦s, mais aussi des risques potentiels. Historiquement, et accentu¨¦ par la situation mondiale actuelle, le potentiel strat¨¦gique des technologies quantiques en mati¨¨re de s¨¦curit¨¦ est ¨¦galement ¨¦vident.
Vous avez soulign¨¦ le r?le essentiel de la physique dans la n¨¦cessaire transition vers un approvisionnement ¨¦nerg¨¦tique s?r et sans ¨¦nergie fossile. Quels sont vos espoirs et vos attentes quant au potentiel de la science et de la technologie quantiques pour r¨¦soudre la crise climatique ?
Parmi les grands d¨¦fis mondiaux de notre ¨¦poque, le changement climatique rapide figure sans conteste en t¨ºte de liste. Pour att¨¦nuer ce changement, la physique joue et jouera un r?le cl¨¦ dans la n¨¦cessaire transformation de l'approvisionnement ¨¦nerg¨¦tique vers la d¨¦fossilisation. Le photovolta?que est un parfait exemple de physique quantique appliqu¨¦e et a le potentiel de s'attaquer rapidement ¨¤ la crise climatique, car le probl¨¨me est urgent. Comme le pr¨¦voit l'Agence internationale de l'¨¦nergie, le taux de croissance du photovolta?que au cours de la prochaine d¨¦cennie d¨¦passera largement celui de toutes les autres sources d'approvisionnement en ¨¦nergie ¨¦lectrique. Et le photovolta?que ne repose pas uniquement sur l'effet photo¨¦lectrique d'Einstein, d¨¦couvert il y a plus de 100 ans : les panneaux solaires haute technologie actuels int¨¨grent bien plus de technologies de panneaux quantiques et de semi-conducteurs. Cependant, la poursuite de la recherche et du d¨¦veloppement dans les syst¨¨mes de stockage d'¨¦nergie et les r¨¦seaux ¨¦lectriques (intelligents) est ¨¦galement n¨¦cessaire pour une transition rapide et ¨¤ grande ¨¦chelle vers les ¨¦nergies renouvelables et une gestion durable de l'¨¦nergie.
En outre, s¡¯il est important que les technologies mentionn¨¦es soient d¨¦velopp¨¦es ¨¤ plein r¨¦gime, il faut ¨¦galement garder ¨¤ l¡¯esprit la perspective ¨¤ long terme.
Cela inclut les technologies bas¨¦es sur la physique quantique pour la production d'¨¦nergie quasi sans combustibles fossiles, comme la fusion nucl¨¦aire. L'horizon de production commerciale d'¨¦lectricit¨¦ ¨¤ grande ¨¦chelle ¨¦tant encore estim¨¦ ¨¤ plusieurs d¨¦cennies, les technologies de fusion nucl¨¦aire ne sont pas encore disponibles pour r¨¦pondre ¨¤ l'urgence de limiter le r¨¦chauffement climatique. Cependant, la recherche et le d¨¦veloppement sur la fusion doivent continuer d'¨ºtre promus et soutenus comme une option ¨¤ long terme.
Les ¨¦v¨¦nements IYQ se d¨¦roulent partout dans le monde, facilitant le dialogue scientifique par-del¨¤ les fronti¨¨res et les cultures et incitant les jeunes ¨¤ contribuer ¨¤ un nouveau si¨¨cle quantique. Quel est, selon vous, l'int¨¦r¨ºt du multilat¨¦ralisme pour garantir la p¨¦rennit¨¦ des connaissances et des investissements mondiaux dans les sciences quantiques et autres sciences ?
Je suis fermement convaincu que dans un monde caract¨¦ris¨¦ globalement par des tendances ¨¤ la fragmentation au sein des soci¨¦t¨¦s et entre elles, la mise en r¨¦seau multilat¨¦rale de la communaut¨¦ scientifique internationale est plus importante que jamais.
D'une part, la science quantique, avec ses possibilit¨¦s fascinantes et son dynamisme perceptible ¨¤ l'¨¦chelle mondiale, offre actuellement les conditions id¨¦ales pour renforcer la mise en r¨¦seau mondiale. ? cet ¨¦gard, les divers ¨¦v¨¦nements initi¨¦s et orchestr¨¦s par l'IYQ ont certainement un effet positif sur la construction d'une identit¨¦.
? l'occasion de l'IYQ, la DPG organise une s¨¦rie d'¨¦v¨¦nements exceptionnels visant ¨¤ favoriser les ¨¦changes internationaux en science quantique. Par exemple, le Ghana ¨¦tait le pays invit¨¦, avec un symposium de premier plan, lors de notre r¨¦union annuelle de mars. De plus, cet automne, nous organisons une autre grande conf¨¦rence internationale ¨¤ G?ttingen, berceau de la m¨¦canique quantique, qui aborde tous les aspects de la physique quantique. D'ailleurs, fin juin, mon coll¨¨gue Thomas Konrad (Universit¨¦ du KwaZulu-Natal, Durban, Afrique du Sud), soutenu par plusieurs coll¨¨gues de la DPG, organise une conf¨¦rence intitul¨¦e ? Sciences et technologies quantiques en Afrique ?, visant ¨¤ d¨¦velopper un r¨¦seau quantique panafricain.
D'autre part, le d¨¦veloppement rapide des technologies quantiques comporte ¨¦galement le risque de nouvelles d¨¦pendances mondiales. Lorsqu'on parle de souverainet¨¦ num¨¦rique , cela devrait certainement s'appliquer ¨¦galement aux technologies quantiques.
? quoi ressemble le m¨¦tier de physicien de la mati¨¨re condens¨¦e ? Quel est l'impact de votre travail sur votre vision et votre fa?on d'¨¦voluer dans le monde, et quels sont vos projets de recherche ?
Entre les deux extr¨ºmes physiques, le microcosme des particules ¨¦l¨¦mentaires et le macrocosme de l'astrophysique, se trouve un monde fascinant et multicouche : celui de la mati¨¨re condens¨¦e. ? premi¨¨re vue, la mati¨¨re nous para?t famili¨¨re, car elle est visible tout autour de nous. Mais pour comprendre pourquoi la mati¨¨re et les mat¨¦riaux sont ce qu'ils sont, et en particulier comment de nouvelles propri¨¦t¨¦s fascinantes des mat¨¦riaux peuvent ¨ºtre adapt¨¦es au XXIe si¨¨cle et permettre le d¨¦veloppement de nouvelles technologies, la physique quantique joue ¨¤ nouveau un r?le crucial.
Dans nos recherches, nous ¨¦tudions d'une part des mat¨¦riaux ultra-minces compos¨¦s de quelques couches atomiques, que l'on peut imaginer empil¨¦es comme des briques Lego. Le courant ¨¦lectrique dans ces mat¨¦riaux quantiques est domin¨¦ par les effets quantiques, et nous calculons comment les exploiter intelligemment dans les futurs composants ¨¦lectroniques. De plus, nous ¨¦tudions le contr?le quantique, c'est-¨¤-dire comment stabiliser, commuter et contr?ler des objets de m¨¦canique quantique, notamment en ce qui concerne le fonctionnement des futurs dispositifs informatiques quantiques.
Ainsi, en tant que physicien de la mati¨¨re condens¨¦e, la physique quantique est mon quotidien : dans mes cours et mes recherches, dans mes ¨¦changes quotidiens avec mes coll¨¨gues et les membres de mon groupe. En un sens, nous, physiciens quantiques, ¨¦voluons dans une sph¨¨re hybride : le monde quantique, avec ses ph¨¦nom¨¨nes contre-intuitifs, et le monde ordinaire et classique de notre environnement.
La Chronique de l¡¯ONU souhaite remercier le professeur Dr. Richter pour avoir partag¨¦ ses connaissances d¡¯expert sur la science quantique et son importance mondiale croissante.
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