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Distinction

Serge Haroche, Médaille d’Or du CNRS 2009

Collège de France
p. 24

Résumé

Serge Haroche, titulaire de la chaire de Physique quantique au Collège de France depuis 2001, a reçu la Médaille d’Or du CNRS 2009. La Médaille d’Or du CNRS récompense une personnalité scientifique dont les travaux ont contribué de manière exceptionnelle au dynamisme et au rayonnement de la recherche française.

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Notes de la rédaction

(Source : CNRS)

Texte intégral

1Serge Haroche est un spécialiste de la physique atomique et de l’optique quantique. Après une thèse sur l’atome habillé effectuée sous la direction de Claude Cohen-Tannoudji (1967-1971), il a développé dans les années 1970-80 des méthodes nouvelles de spectroscopie laser fondées sur l’étude des battements quantiques et de la superradiance. Il s’est ensuite intéressé aux atomes de Rydberg, états atomiques géants sensibles aux micro-ondes et donc adaptés à des études fondamentales sur l’interaction matière-rayonnement. Il a montré que ces atomes, couplés à des cavités supraconductrices contenant quelques photons, constituent des systèmes idéaux pour tester les lois quantiques fondamentales et pour démontrer des opérations de logique quantique prometteuses pour le traitement de l’information.

2Serge Haroche a commencé à faire de la recherche en 1965, au moment où la physique atomique et l’optique quantique connaissaient une profonde révolution, liée à la découverte des lasers et au développement de méthodes nouvelles de manipulation des atomes par la lumière. Il a joué un rôle pionnier dans le domaine de l’optique quantique, en observant l’interaction atome-lumière sous son jour le plus fondamental. Il est parvenu à isoler un atome dans une cavité aux parois presque idéalement réfléchissantes et l’a forcé à interagir avec un champ élémentaire constitué au plus de quelques photons.

3Les travaux de Serge Haroche ont permis d’étudier et d’illustrer expérimentalement certains postulats de la mécanique quantique qui défient l’intuition. Ils ont contribué à expliquer la grande différence apparente de comportement entre le monde quantique et le monde macroscopique classique. Ses expériences ont notamment permis de suivre l’histoire d’un photon unique dans une cavité électromagnétique en le « voyant » plusieurs centaines de fois et ont mis en évidence sa disparition soudaine et imprévisible dans ce qu’on appelle un saut quantique. Pour la première fois, il a été montré qu’il n’est pas nécessaire de détruire un photon unique pour l’observer.

Serge Haroche, Loïc de La Mornay (journaliste) et Arnold Migus (directeur du CNRS) au cours de la cérémonie de remise de la médaille à la Sorbonne, le 16 décembre 2009.

4Serge Haroche et son équipe ont illustré le paradoxe du « chat de Schrödinger », d’un nom d’une expérience de pensée dans laquelle un système macroscopique mis au contact d’un atome unique se trouve porté dans une superposition de deux états classiquement différents. Dans l’expérience de l’ENS, un atome préparé dans deux états d’énergie superposés est couplé dans une cavité à un champ micro-onde contenant plusieurs photons. Sous l’effet de ce couplage, ce champ est porté dans un état de superposition quantique, en acquérant deux phases à la fois. Les scientifiques ont suivi l’évolution temporelle de ce champ et ont pu observer la disparition de l’état de superposition quantique, transformé rapidement en un état décrit par les lois de la physique classique. En étudiant expérimentalement ce phénomène appelé « décohérence », ils ont contribué à mieux comprendre pourquoi les systèmes macroscopiques peuvent en général être compris par des concepts classiques, alors même qu’ils sont constitués de particules obéissant à l’échelle microscopique aux lois contre-intuitives de la théorie quantique.

5Au-delà de ces enjeux fondamentaux, ces manipulations de photons et d’atomes permettent de réaliser des prototypes démontrant des méthodes générales de stockage d’information et de calcul quantiques. Alors que dans les ordinateurs et les circuits de communication usuels, l’information est codée dans des signaux électriques ou lumineux sous forme de « bits » classiques prenant deux valeurs 0 et 1 exclusives l’une de l’autre, l’information quantique se propose d’utiliser des « bits quantiques » ou « qubits » portés par des systèmes quantiques pouvant exister dans une superposition des états 0 et 1. Le principe de superposition enrichit ainsi considérablement les possibilités du calcul et de la communication. Les théoriciens ont montré que des machines jonglant avec de tels qubits pourraient effectuer certains calculs beaucoup plus rapidement que les ordinateurs actuels, ou encore rendre inviolable le secret de la communication d’information qui repose jusqu’à présent sur des protocoles classiques de cryptographie dont la sûreté absolue n’est pas démontrée. Les expériences d’électrodynamique quantique en cavité de Serge Haroche et de son équipe contribuent largement au développement de cette physique nouvelle.

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Table des illustrations

Légende Serge Haroche, Loïc de La Mornay (journaliste) et Arnold Migus (directeur du CNRS) au cours de la cérémonie de remise de la médaille à la Sorbonne, le 16 décembre 2009.
URL http://lettre-cdf.revues.org/docannexe/image/1066/img-1.jpg
Fichier image/jpeg, 60k
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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France no 28, Paris, Collège de France, avril 2010, p. 24, ISSN 1628-2329.

Référence électronique

Collège de France, « Serge Haroche, Médaille d’Or du CNRS 2009 », La lettre du Collège de France [En ligne], 28 | avril 2010, mis en ligne le 10 mai 2011, consulté le 26 mars 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/1066

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Droits d’auteur

© Collège de France

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