France

Alain Aspect

Prix Balzan 2013 pour l'informatique et communication quantiques

Pour ses expériences d’avant-garde qui ont confirmé les prédictions de la mécanique quantique aux dépens des théories à variables cachées locales. Ses recherches ont rendu possible le contrôle expérimental des états quantiques intriqués, élément essentiel du traitement quantique de l’information.

Alain Aspect est surtout connu pour ses tests expérimentaux sur les inégalités de Bell, réalisés en 1981-1982 à l’Institut d’Optique d’Orsay (France). Ces travaux sont considérés par de nombreux chercheurs comme l’une des pierres angulaires de l’informatique quantique, et sont généralement connus du grand public comme l’«expérience d’Aspect ».
Les inégalités de Bell, proposées par John Bell en 1964, offrent une façon de tester les prédictions de la mécanique quantique contre un grand nombre de théories alternatives connues sous le nom de « théories à variables cachées locales », dont un exemple est la physique classique (non quantique). Ces tests requièrent qu’on effectue des mesures sur des photons qui se déplacent dans des directions opposées, puis qu’on cherche des corrélations entre quelques-unes de leurs propriétés physiques, par exemple leurs polarisations. Le fait que les mesures sont éloignées est essentiel car les inégalités de Bell dérivent d’une hypothèse de « localité ».

Parmi les contributions majeures d’Alain Aspect figure la proposition d’un « schéma expérimental opérationnel » pour changer rapidement l’orientation des polariseurs pendant que les photons se déplacent à travers l’appareil et, plus importante encore, l’utilisation réussie de ce schéma dans ses expériences.
Les photons mesurés dans l’expérience d’Aspect proviennent de la désintégration d’un seul atome et forment ce qu’on appelle, en mécanique quantique, un état « intriqué ». L’observation de l’état d’un photon permet de prévoir le résultat d’une mesure sur l’état de l’autre photon, qui est en soi un exemple d’un bit quantique (qubit), un système quantique qui peut exister en deux états, correspondant aux deux états de polarisation. Le qubit est l’élément de base d’un « calculateur quantique », tel qu’il a été envisagé à la même époque que l’expérience d’Aspect.

Les expériences d’Alain Aspect ont eu un immense retentissement et ont entraîné une avalanche de travaux théoriques et expérimentaux sur l’intrication quantique. De nouvelles voies ont été explorées dans la réalisation et le contrôle des états intriqués des photons, des atomes froids, des ions froids piégés et, plus tard, des systèmes à état solide. Cela explique l’opinion largement répandue selon laquelle les premières expériences d’Alain Aspect ont marqué les débuts de l’informatique quantique.