Alain Aspect

Tests des fondements de la mécanique quantique via les inégalités de Bell et le paradoxe d'Einstein-Podolsky-Rosen (effet EPR), ce qui a réfuté les théories à variables cachées locales proposées pour remplacer les lois de la mécanique quantique et donc une partie des idées d'Einstein à ce sujet.

Alain Aspect a aussi été le premier à démontrer expérimentalement avec son collègue Philippe Grangier la dualité onde-particule dans des expériences avec des photons uniques.

On peut mentionner aussi qu'il a été le premier à démontrer la localisation d'Anderson dans un condensat de Bose-Einstein.

Recherche fondamentale sur les interactions quantiques entre les atomes et le champ électromagnétique sous forme de photon, ayant notamment permis de tester certains fondements de la mécanique quantique via le paradoxe d'Einstein-Podolsky-Rosen et le phénomène d'intrication quantique ou encore avec la dualité onde-corpuscule des quanta de lumière, les photons.

Les recherches d'Alain Aspect ont aussi porté sur le refroidissement laser des atomes et molécules, les atomes ultrafroids et les condensats de Bose-Einstein. Plus récemment, elles sont connectées aux ordinateurs et à l'information quantiques.

De manière générale, ses expériences éclairent les aspects fondamentaux du comportement de la mécanique quantique des photons uniques, des paires de photons et des atomes avec aujourd'hui des implications pour le développement de la téléportation, de la cryptographie et de l'informatique quantique.

Né le 15 juin 1947 à Agen, Alain Aspect est un physicienphysicien français co-lauréat en 2022 du prix Nobel de physiquephysique aux côtés de John Clauser (USA) et Anton Zeilinger (Autriche), tous trois pour leurs travaux sur les fondations de la théorie quantique ayant ouvert la voie à l'utilisation du phénomène d'intrication quantiqueintrication quantique découvert en 1935 par Albert EinsteinEinstein et Erwin SchrödingerErwin Schrödinger. Le premier va s'en servir avec deux collègues pour formuler ce que l'on appelle désormais le paradoxe d'Einstein-Podolsky-Rosen, encore appelé effet EPR, et le second le paradoxe du Chat de SchrödingerChat de Schrödinger.

La célébrité d'Alain Aspect vient surtout de l'expérience qu'il a conçue au milieu des années 1970 et réalisée avec ses collègues Philippe Grangier, Jean Dalibard et Gérard Roger en 1982, et qui permettait de tester, mieux que John Clauser avant eux, ce que l'on appelle les inégalités de Bell, en référence aux travaux publiés en 1964 par le physicien irlandais John BellJohn Bell alors qu'il avait temporairement quitté son poste au CernCern. Ces inégalités permettaient en théorie de trancher entre deux thèses avancées l'une par Albert Einstein via l'effet EPR et l'autre par Niels BohrNiels Bohr en réponse à l'article de Boris Podolsky et Nathan Rosen avec Einstein en 1935.

Einstein pensait que les équationséquations et les principes de la mécanique quantiquesmécanique quantiques avancés dans une formulation finale en 1927 à partir des efforts conjoints de Bohr, Born, Heisenberg et aussi Dirac et Pauli n'étaient pas la description ultime des phénomènes quantiques et que l'on en reviendrait à des images concrètes dans l'espace et le temps, avec une utilisation des probabilités qui n'était plus fondamentale.

Les résultats de Bell et Aspect ont montré que toute une classe de théories alternatives à la mécanique quantique de 1927 était réfutée par l'expérience, celle des théories dites à variables cachés locales. La démonstration de la réalité du phénomène d'intrication quantique a stimulé le début des travaux sur l'information quantique au cours des années 1980, information quantique que l'on retrouve dans les recherches actuelles sur les ordinateursordinateurs, la cryptographiecryptographie et la téléportation quantique.

Alain Aspect avait fait ses études supérieures en physique à l'École normale supérieure de Cachan, devenant professeur agrégéprofesseur agrégé de sciences physiques en 1969 après avoir décroché ce que nous appellerions aujourd'hui un master en optique. Il passera un premier doctorat en 1970 avant de partir enseigner, au titre de la coopération, à l'École normale supérieure de Yaoundé (Cameroun) de 1971 à 1974. Comme il l'explique dans la biographie que lui a consacrée le CNRS, il se fait envoyer à la fin de son séjour un ouvrage tout juste publié, Mécanique quantique par Claude Cohen-Tannoudji, Bernard Diu et Franck Laloë. L'ouvrage est devenu par la suite une des références mondiales sur le sujet et comme l'explique Alain Aspect au sujet de la France : « À l'époque, la physique quantiquephysique quantique était enseignée de manière un peu obscure. Certaines propriétés me semblaient relever de la schizophrénieschizophrénie et je me posais beaucoup de questions sur le formalisme quantique. J'ai commencé à avoir des réponses claires avec ce livre ».

C'est à son retour en France, nommé maître-assistant à l'ENS Cachan, il est mis en contact par Christian Imbert, professeur à l'École supérieure d'optique, et Olivier Costa de Beauregard, directeur de recherche au CNRS, avec les idées du paradoxe d'Einstein-Podolsky-Rosen explorées par John Bell dans son article de 1964. « Sa lecture fut comme un coup de foudrefoudre, j'ai su que c'était sur ce sujet que je voulais travailler », explique Alain Aspect qui, dès lors, se lance sur la trajectoire qui aboutira à la percée de 1982 en publiant déjà un article fondateur à ce sujet en 1976.

En complément de cette vidéo, le CNRS commente : « En 1935, Albert Einstein montre que les lois de la mécanique quantique autorisent la formation de particules intriquées. Deux photonsphotons, par exemple, qui ont interagi entre eux dans le passé puis se sont éloignés l'un de l'autre, conserveraient la possibilité d'échanger des informations. Toute modification d'une propriété d'un des photons est immédiatement transmise à l'autre photon. C'est l'intrication quantique. Pour Einstein, aucune information ne peut se transmettre plus vite que la lumièrelumière, et donc le formalisme quantique doit être rejeté. Niels Bohr conteste cette position. Mais aucune expérience n'est à l'époque capable de prouver l'existence ou l'absence de l'intrication (ou non-localité). En 1964, le physicien John Bell montre que les points de vue d'Einstein et de Bohr conduisent à des prédictions différentes et il formalise ce résultat par les célèbres inégalités de Bell. Alain Aspect et son équipe (Philippe Grangier, Gérard Roger et Jean Dalibard) vont réussir à fabriquer une source produisant des paires de photons intriqués, puis à étudier leurs propriétés. Les résultats obtenus (1982) violent les inégalités de Bell, ce qui veut dire que la physique quantique a raison. Il existe bel et bien des paires de particules intriquées, c'est-à-dire des particules dont les propriétés restent liées quelle que soit la distance qui les sépare. Les deux particules même distantes de plusieurs kilomètres se comportent comme un système unique. Ces phénomènes ont des applicationsapplications dans le domaine de la cryptographie et de l'informatique (ordinateur quantiqueordinateur quantique). » 

En 1984, probablement en conséquence de la découverte, il est nommé maître de conférencesmaître de conférences à l'École polytechnique et sous-directeur de laboratoire au Collège de France, associé à la chaire de physique atomique et moléculaire de Claude Cohen-Tannoudji qui lui-même deviendra lauréat du Prix Nobel en 1997.

Les années qui vont suivre le conduiront à devenir professeur à l'École polytechnique et à de nouvelles recherches dans le domaine des atomesatomes ultrafroids et des condensats de Bose-Einsteincondensats de Bose-Einstein sans oublier à la première démonstration de la dualité onde-corpusculedualité onde-corpuscule avec des photons individuels.

Alain Aspect est aussi membre de l'Académie des sciences et de l'Académie des technologies ainsi que lauréat d'une impressionnante liste de récompenses comme la médaille Albert-Einstein en 2012 et la médaille Niels Bohr à l'occasion de la célébration du centenaire de la publication du modèle atomique du physicien Danois.

Notons également qu'il est cofondateur en 2019 de Pasqal, une entreprise spécialisée dans l'informatique quantique et qui travaille sur un ordinateur quantique à atomes neutres.