Les Nations Unies ont proclamé 2025 Année internationale des sciences et technologies quantiques, une commémoration qui coïncide avec le centenaire des premiers développements théoriques en mécanique quantique. Cette initiative vise non seulement à rendre cette discipline plus accessible au grand public, mais aussi à souligner son impact croissant sur la vie quotidienne. Ce qui, pendant des décennies, était un domaine de recherche confiné aux manuels spécialisés est aujourd'hui devenu l'un des moteurs de l'innovation scientifique et technologique.
La physique quantique étudie le comportement de la matière à sa plus petite échelle, où les particules telles que les électrons et les photons obéissent à des règles très différentes de celles du monde visible, notamment dans des conditions où leurs effets deviennent plus évidents, comme à très basses températures.
Au cours du siècle dernier, des figures emblématiques telles qu'Erwin Schrödinger, Werner Heisenberg et Paul Dirac ont démontré que, dans l'univers microscopique, ainsi que dans certains systèmes collectifs, des phénomènes comme la superposition, l'intrication et la supraconductivité défient l'intuition classique. Loin d'être de simples curiosités théoriques, ces effets ont ouvert la voie à des avancées majeures dans le domaine des matériaux, des systèmes de mesure ultra-précis et des communications plus sécurisées, tout en alimentant la course mondiale au développement des ordinateurs quantiques, l'une des étapes clés de la seconde révolution quantique.
Serge Haroche, professeur au Collège de France, et le théoricien britannique Duncan Haldane
Dans ce contexte d'effervescence scientifique, le Congrès des étudiants en physique de l'Université de La Laguna (COEFIS) a récemment réuni deux références internationales dans le domaine : le physicien expérimental et lauréat du prix Nobel de physique en 2012. Serge Haroche (Casablanca, 1944), professeur au Collège de France et à l'École Normale Supérieure de Paris et pionnier de l'optique quantique ; et le théoricien britannique Duncan Haldane (Royaume-Uni, 1951), professeur à l'université de Princeton et récompensé en 2016 pour ses travaux sur les phases topologiques de la matière. Ces deux rencontres ont offert une occasion exceptionnelle d'aborder les fondements et les promesses d'une discipline qui redéfinit l'avenir.
Dans sa présentation aux jeunes chercheurs, Duncan Haldane a abordé la perspective d'une seconde révolution quantique, ainsi que les possibilités de développement offertes par les progrès réalisés dans la compréhension des états quantiques topologiques et de l'intrication. Il a expliqué que la physique quantique est devenue un domaine d'étude de plus en plus vaste et diversifié, même si des applications technologiques plus directes se font encore attendre.
“ Des recherches récentes, comme les études sur des expériences novatrices avec le graphène ou sur l’effet Hall quantique fractionnaire, témoignent d’une intense activité dans ce domaine, mais pour l’instant, la plupart des travaux se déroulent dans un cadre expérimental et théorique. Il s’agit d’un domaine d’étude dynamique, et de nombreuses questions intéressantes restent encore à élucider. Il serait formidable qu’une technologie puisse en découler ”, ajoute-t-il avant de souligner que, dans ce domaine, la plupart des découvertes majeures ont été totalement inattendues.
À cet égard, il se montre particulièrement optimiste quant au développement de nouveaux matériaux, stimulé par notre capacité croissante à contrôler la matière à l'échelle microscopique. “ Je pense que l'application la plus immédiate réside dans les nouvelles technologies de capteurs. Je suis convaincu que ces applications pratiques auront un impact à court terme. L'utilisation des principes de la mécanique quantique pour effectuer des mesures extrêmement précises pourrait trouver des applications en agriculture, ainsi que dans de nombreux autres domaines. ”.
Le lauréat du prix Nobel affirme qu“” une idée consiste à cartographier la surface de la Terre grâce à des mesures de champ magnétique de haute précision. Ces mesures gravitationnelles à l’échelle atomique servent également à observer avec une grande précision les caractéristiques du terrain et de son sous-sol ; elles ont donc des applications concrètes évidentes, même si elles nous paraissent moins spectaculaires. » Il souligne également que ce type d’applications directes peut faciliter l’accès au développement scientifique et technologique dans les petits pays ou les pays émergents, favorisant ainsi la création d’industries de plus petite envergure dans ce domaine.
La science fondamentale face à la pression de la science appliquée
Serge Haroche
Selon Serge Haroche, on observe un intérêt excessif pour la définition des termes de cette seconde révolution quantique et pour l'anticipation des applications de la recherche en physique théorique. De fait, lors de l'entretien, il exprime un scepticisme particulier quant au développement de l'informatique quantique et à la tendance actuelle des responsables politiques et des financeurs à privilégier la recherche appliquée sans saisir l'importance d'une base scientifique solide.
“ Je pense que lorsqu'on fait de la recherche fondamentale, on ne sait jamais où cela nous mènera. Tous les exemples passés montrent que la distance entre une découverte fondamentale et son application concrète est non seulement imprévisible, mais généralement très grande. Les pères fondateurs de la physique quantique — Heisenberg, Schrödinger, Bohr et Dirac — n'ont jamais prétendu mener une révolution ; ils travaillaient, tout simplement, et les progrès se sont succédé. Aujourd'hui, les scientifiques sont contraints de justifier leurs travaux en annonçant des applications et des technologies futures, sans aucune garantie de leur réalisation ”, souligne-t-il.
Pour ce scientifique français, l'un des aspects les plus fascinants de l'évolution de la physique tout au long de sa carrière a été de constater la convergence de domaines d'étude traditionnellement distincts. “ Par exemple, Duncan et moi avons abordé l'idée d'information quantique à partir de points de départ très différents : lui, en observant les propriétés émergentes de grands ensembles, tandis que mes recherches se sont concentrées sur l'étude des particules individuelles. Cela nous permet d'aborder les problèmes sous différents angles et d'aboutir à des conclusions plus intéressantes ”, souligne-t-il.
Lors de sa présentation aux étudiants et jeunes chercheurs en physique à COEFIS 2026, Haroche a donc insisté sur l'importance de “ l'utilité des connaissances apparemment inutiles ”. Son intervention a porté sur la valeur de la recherche fondamentale, même dans des domaines semblant éloignés des applications immédiates, prenant la physique quantique comme exemple. “ Ce qui attire les esprits brillants vers la science, ce sont les questions fondamentales, la volonté de comprendre le monde, l'univers, et c'est pourquoi il est si important de promouvoir la recherche fondamentale ”, a-t-il souligné. Il a ajouté que l'investissement dans la science devait non seulement être encouragé, mais aussi judicieusement orienté, et il a déploré la baisse des financements alloués à la recherche fondamentale.
Duncan Haldane
Il critique également le climat concurrentiel entretenu par les grandes entreprises technologiques, qu'il juge malsain car il crée une dynamique où les petits laboratoires universitaires ne peuvent rivaliser. À cet égard, il soutient que la solution optimale consisterait à mettre en place un financement conjoint : les universités et les institutions académiques, avec le soutien des pouvoirs publics, financeraient les jeunes chercheurs se consacrant à la recherche fondamentale, tandis que les entreprises privées collaboreraient aux phases ultérieures, axées sur les applications.
À cet égard, Duncan Haldane convient que la volonté de faire des découvertes en sciences fondamentales demeure l'un des principaux moteurs de la recherche de haute qualité. “ Je pense qu'il est essentiel que même les plus petits pays disposent d'un ou deux centres de recherche où se déroule une science de niveau international, car cela contribue à diffuser la culture scientifique dans la société et à susciter de nouvelles vocations ”, souligne-t-il.
Éducation et inspiration
Le scientifique britannique ajoute que les universités jouent un rôle fondamental dans ce processus, tout en soulignant l'importance de l'enseignement primaire et secondaire. “ La plupart des personnes que j'ai rencontrées et qui ont réussi dans leur carrière scientifique évoquent un professeur de sciences qui les a inspirées à l'école ”, explique-t-il, avant de préciser que cette stimulation précoce est essentielle pour susciter un intérêt pour les sciences. “ Tous n'accéderont pas à des postes de recherche de haut niveau, mais ils auront reçu une formation scientifique et une façon de penser qui leur seront très utiles, quel que soit leur parcours ”, conclut-il.
Pour Haroche, l'importance de l'enseignement des sciences dès les premières années de scolarité est particulièrement manifeste en mathématiques : “ On rencontre très souvent des personnes qui disent ne pas comprendre ou apprécier les mathématiques, car elles n'ont pas reçu un enseignement de qualité leur montrant leur utilité et l'essence de leur fonctionnement ”, affirme-t-il. Il plaide également pour un investissement accru dans l'éducation et une meilleure reconnaissance du rôle des enseignants.
Ces deux scientifiques, lauréats de nombreux prix, ont mené leur carrière de chercheur au sein d'établissements universitaires où ils ont conjugué recherche et enseignement. “ Un aspect fondamental de la recherche est la transmission des connaissances et de l'expérience aux jeunes générations ; il est donc essentiel, à mon sens, de ne pas dissocier la recherche de l'enseignement ”, insiste Haroche.
Le chercheur français souligne que son expérience au Collège de France a été particulièrement enrichissante à cet égard, car “ dans cette institution, il faut expliquer ses recherches à des personnes qui ne sont pas de son domaine. Ce besoin de clarté peut faire émerger des idées sur des éléments qu’on n’avait pas pris en compte ou sur des expériences qui permettent de mieux comprendre certains processus ou phénomènes ”, précise-t-il.
Haldane partage cet avis. Ce physicien britannique a passé une grande partie de sa carrière à l'université de Princeton, où, explique-t-il, il continue d'enseigner aussi bien des cours avancés que des cours d'introduction à la licence. “ Parfois, on est bloqué sur un projet, et au lieu de s'acharner, l'exercice consistant à expliquer, par exemple, les lois de Newton peut inciter à envisager les choses sous un autre angle et aider à surmonter cet obstacle ”, dit-il.
“ L’un de nos privilèges de scientifiques est de comprendre la beauté et la profondeur des travaux des scientifiques des siècles passés, qui se sont efforcés de mieux comprendre le monde ”, déclare Serge Haroche. À cet égard, les deux chercheurs soulignent leur dette envers les physiciens qui les ont précédés et qui, dans bien des cas, ont été pour eux de véritables mentors tout au long de leur carrière.
“ En physique moderne, il est clair que mes travaux s’inscrivent dans les découvertes de grandes figures du XXe siècle, comme Otto Stern et Isidor Rabi, qui ont influencé la génération d’Alfred Kastler et l’un de ses premiers élèves, Claude Cohen-Tannoudji. Tous trois ont reçu le prix Nobel au cours de leur carrière ”, reconnaît Haroche. Cohen-Tannoudji fut un mentor pour le physicien français, qui souligne à la fois le respect nécessaire envers les générations précédentes et l’influence du contexte historique dans lequel émergent les idées scientifiques et se prennent les décisions clés d’une carrière de chercheur.
La curiosité comme force motrice scientifique
Haroche souligne que, dans son cas, la course à la Lune a été l'un des principaux éléments déclencheurs de son intérêt pour les sciences durant son enfance. “ J'étais fasciné par le fait de pouvoir calculer, simplement grâce aux connaissances mathématiques de l'époque, la trajectoire d'une fusée et la vitesse qu'elle devait atteindre pour échapper à l'attraction terrestre. Pour un enfant passionné par les récits des grands explorateurs des XIXe et XXe siècles et les romans de Jules Verne, la course à la Lune était une aventure qui alliait science et exploration ”, se souvient-il.
Il estime actuellement que la recherche d'exoplanètes et de vie dans l'univers peut jouer un rôle similaire en tant que moteur de la recherche fondamentale. “ Au-delà des rêves naïfs de colonisation, il est clair que nous devons savoir ce qui se trouve au-delà de l'univers, et pour ce faire, il est nécessaire d'accroître la précision de nos mesures en développant de nouvelles technologies et de nouveaux systèmes optiques. Ces découvertes, à leur tour, deviennent des sous-produits qui peuvent se traduire par des outils précieux pour faire progresser d'autres branches scientifiques sur notre planète, même si nous ignorons encore la nature de ces outils. C'est là toute la valeur des grandes questions en science ”, souligne-t-il.
Pour Haldane, “ l’expérimentation est la source de toute connaissance ”. En ce sens, le manque d’accès aux méthodes expérimentales pour aborder certaines des grandes questions de la physique théorique, telles que la théorie des cordes ou le rôle du graviton, constitue à la fois un défi et un stimulant pour le développement de nouvelles pistes de recherche.
Ils estiment donc que des conférences comme COEFIS sont essentielles pour maintenir le contact avec les nouvelles générations de physiciens et comprendre directement leurs préoccupations. Tous deux s'accordent à dire que les futurs scientifiques doivent être passionnés par leur domaine et privilégier des sujets qui éveillent leur curiosité. Ils ajoutent que la réussite dans une carrière scientifique dépend en grande partie de la chance, tout en soulignant que, surtout en début de carrière, il est primordial de rester ouvert à différentes idées et à différents champs d'études.
Pour Haldane, il est essentiel de s'exposer à de multiples domaines de connaissances et de rester ouvert à l'apprentissage. “ Je conseille toujours aux étudiants de troisième cycle d'assister à un maximum de séminaires, car c'est dans ces espaces qu'ils peuvent apprendre de nouvelles choses, voire trouver des idées pour établir des liens entre leurs travaux et ceux d'autres chercheurs. Le plus enrichissant est de se rendre compte que des connaissances acquises peuvent être appliquées à un autre domaine et offrir une perspective inédite ”, insiste-t-elle.
Enfin, Haroche souligne l'importance de l'intuition scientifique pour identifier les pistes de recherche les plus prometteuses à long terme. “ Une vie scientifique n'est pas facile, surtout au début, car la concurrence est forte. Il est donc essentiel de se sentir à l'aise dans son environnement scientifique et de trouver sa propre voie ”, précise-t-il.
Dans son cas, le développement du laser comme outil scientifique au début de sa carrière lui a permis, en tant qu'expérimentateur, de concevoir des projets auparavant impensables. Aujourd'hui, il constate de grandes attentes autour de l'intelligence artificielle, qu'il considère comme un outil précieux pour la recherche fondamentale et, surtout, la recherche appliquée. Cependant, il insiste sur le fait qu'elle ne restera qu'un outil : “ La créativité et l'imagination humaines sont indispensables au progrès scientifique. À cela s'ajoutent les émotions qui accompagnent ces qualités, l'ambition de découvrir de nouvelles choses… Tout cela est également influencé par les échanges avec d'autres personnes intéressées par ces avancées et par la compétition qui en découle ”, souligne-t-il.
Cette compétition, ajoutent-ils, ne doit pas être perçue comme une lutte acharnée, mais comme une forme d'émulation, une force qui pousse à améliorer ses propres travaux en s'inspirant de l'exemple des autres. Ils espèrent que leurs réflexions inciteront les nouvelles générations de physiciens théoriciens et expérimentaux à poursuivre l'exploration de ces grandes questions.
“ Tous les deux ou trois ans, il y a une nouvelle surprise, une nouvelle découverte. Cela nous garde jeunes, car il y a toujours de nouveaux problèmes à résoudre ”, explique Duncan Haldane. “ Et, dans notre cas, cela nous donne envie de vivre plus longtemps, ne serait-ce que par curiosité de voir où cela nous mènera ”, ajoute Serge Haroche.
Unité Culture scientifique et innovation (Cienci@ULL)
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