Il y a 100 ans, une poignée de physiciens visionnaires remettaient en question notre conception de la nature, celle qui avait guidé les scientifiques depuis des siècles. Suivant la manière dont nous les observons, les particules peuvent être ponctuelles, ou présenter des propriétés ondulatoires. Elles ont un comportement probabiliste et semblent pouvoir violer momentanément des lois fondamentales telles que la loi de conservation de l’énergie. Deux particules peuvent être intriquées de telle sorte que l’état de l’une soit dépendant de celui de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare, et comme l’illustre le célèbre chat de Schrödinger, chacune peut être dans deux états opposés à la fois.

Grâce aux découvertes théoriques et expérimentales des premiers explorateurs de cet univers labyrinthique, les scientifiques d’aujourd’hui peuvent manipulent des concepts d’apparence irrationnels. La théorie quantique n’a pas seulement révolutionné la physique, la chimie, l’ingénierie et la biologie, c’est également sur elle que reposent les transistors, les lasers et les LED, à la base de l’électronique et des télécommunications modernes ; sans compter les cellules photovoltaïques, les appareils d’imagerie médicale et les systèmes de positionnement par satellites. Et ce n’est qu’un début.

Le 7 juin dernier, les Nations Unies ont proclamé 2025 Année internationale des sciences et technologies quantiques afin de mettre en lumière les contributions de la science quantique au progrès technologique, de rappeler le rôle joué par les technologies quantiques dans le développement durable et de veiller à l’égalité d’accès entre les nations aux solutions quantiques dans l’éducation et la recherche. Le CERN, plus grand laboratoire de physique des particules au monde, se penche depuis plus de 70 ans sur les théories quantiques qui gouvernent l’infiniment petit. Dernièrement, l’Organisation a fait son entrée dans le domaine en pleine expansion des technologies quantiques, qui consiste à tirer parti des aspects les plus étranges de la mécanique quantique pour concevoir une nouvelle génération de systèmes quantiques destinés à la recherche théorique et à des applications au-delà.

« Ces dernières années, nous avons appris non seulement à manier les propriétés de l’échelle quantique, mais également à les contrôler, explique Sofia Vallecorsa, coordinatrice de l’initiative Technologie quantique (QTI) du CERN. La révolution en cours consiste à manipuler des systèmes quantiques individuels, à l’échelle d’un seul atome ou ion, avec toutes les formidables applications qui en découleront. »

Au CERN, l’étude et le développement des technologies quantiques est le fruit de deux initiatives distinctes : l’initiative Technologie quantique (QTI), destinée à soutenir les technologies appliquées à la physique des hautes énergies (informatique quantique, capteurs d’états quantiques, protocoles de synchronisation temporelle, et bien d’autres) ; et le récent Institut ouvert de technologie quantique (OQI), avec pour objectif de définir, de soutenir et d’accélérer la mise au point d’applications au service de la société tirant parti des algorithmes quantiques.

L’informatique quantique compte parmi les domaines les plus prometteurs. Contrairement aux ordinateurs classiques, dont les « bits » ne peuvent prendre que deux valeurs, les ordinateurs quantiques utilisent des qubits, qui peuvent se trouver dans une superposition d’états. Cette superposition, qui permet d’effectuer simultanément un nombre très important de calculs, offre un avantage considérable dans des domaines tels que la cryptographie, la logistique et l’optimisation des processus ou encore la découverte de nouvelles substances médicamenteuses. La communication quantique, qui repose sur les principes de la mécanique quantique pour établir une communication impossible à intercepter sans être repéré, fait également l’objet de nombreux travaux. Le troisième pilier du programme du CERN en matière de technologies quantiques porte sur la mesure ultra-précise de grandeurs physiques, qui pourrait trouver des applications dans la médecine, la navigation et l’étude du climat.

« Ce qui n’était il y a 100 ans qu’une construction purement théorique commence à montrer tout son potentiel, observe Tim Smith, coordinateur de l’Institut ouvert de technologie quantique du CERN. L’Année internationale des sciences et technologies quantiques est une occasion formidable de célébrer notre compréhension du monde quantique d’hier, d’aujourd’hui et de demain. »