Nobel de physique 2025 : les scientifiques Clarke, Devoret et Martinis récompensés pour avoir révélé le secret du « tunnel » quantique

Leurs expériences pionnières ont démontré comment les propriétés de la mécanique quantique, généralement confinées au monde subatomique, peuvent se manifester même dans des systèmes suffisamment grands pour être saisis d'une seule main. Un pas de plus vers la prochaine génération de technologie

L'Académie royale des sciences de Suède a décerné le prix Nobel de physique 2025 à John Clarke (Université de Californie, Berkeley), Michel H. Devoret (Université de Yale et Université de Californie, Santa Barbara) et John M. Martinis (Université de Californie, Santa Barbara). Cette reconnaissance vient « pour la découverte de l'effet tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans un circuit électrique ».

Les travaux des trois scientifiques répondent à l’une des grandes questions ouvertes de la physique : quelle est la taille maximale d’un système capable de manifester les effets de la mécanique quantique ? Leurs expériences, menées sur un simple circuit électrique, ont donné une réponse surprenante, démontrant que des phénomènes quantiques peuvent apparaître même à une échelle beaucoup plus grande qu'on ne le pensait auparavant.

L'effet tunnel

Au cœur du prix se trouve l’effet tunnel quantique. Ce phénomène permet à une particule de franchir une barrière, même si elle n'a pas assez d'énergie pour la gravir, comme si elle creusait un « tunnel ». Traditionnellement, lorsqu'un grand nombre de particules sont impliquées, les effets quantiques s'annulent et deviennent insignifiants, explique l'Académie.

Les lauréats du prix Nobel, avec une série d’expériences menées en 1984 et 1985, ont remis en question cette croyance. Ils ont utilisé un circuit électronique composé de supraconducteurs, des matériaux qui conduisent le courant sans résistance électrique. Dans ce circuit, les couches supraconductrices étaient séparées par un mince isolant, créant une jonction Josephson. L’ingéniosité résidait dans le fait que les particules chargées se déplaçant à travers le supraconducteur formaient collectivement un seul système macroscopique, qui se comportait comme une seule particule géante occupant tout le circuit.

Initialement, ce système macroscopique était dans un état stable, où le courant circulait à tension nulle, comme s'il était piégé derrière une barrière. En mesurant les propriétés du circuit avec une extrême précision, Clarke, Devoret et Martinis ont observé que le système parvenait à « échapper » à cet état de tension nulle précisément grâce à l'effet tunnel. La manifestation de cette évasion quantique fut l’apparition d’une tension dans le circuit. En pratique, ils ont démontré que le système, bien que macroscopique (suffisamment grand pour être tenu dans la main), présentait un caractère intrinsèquement quantique.

En outre, les scientifiques ont pu démontrer un autre comportement clé de la mécanique quantique : le système est quantifié, ce qui signifie qu’il absorbe ou émet de l’énergie uniquement en quantités discrètes et spécifiques.

Perspectives pour la prochaine génération numérique

La mécanique quantique, née il y a un siècle, continue d'offrir de nouvelles et utiles surprises, comme le souligne Olle Eriksson, président du Comité Nobel de physique :

C'est merveilleux de pouvoir célébrer à quel point la mécanique quantique centenaire offre continuellement de nouvelles surprises. C’est également extrêmement utile, car la mécanique quantique est à la base de toute technologie numérique.

Les travaux de Clarke, Devoret et Martinis, explique l'Académie, ouvrent la porte au développement de la prochaine génération de technologie quantique. Cela inclut des domaines cruciaux pour un avenir numérique et durable, tels que la cryptographie quantique (pour des communications plus sécurisées), les ordinateurs quantiques (avec une puissance de calcul exponentiellement plus élevée) et les capteurs quantiques (pour des mesures extrêmement précises).