Recherche scientifique : la France en retard

Recherche scientifique : la France en retard

 

Prix Nobel de physique , Serge Haroche souligne le retard scientifique de la France dans une interview des échos.

 

Pourquoi parle-t-on tant actuellement de « deuxième révolution » quantique ?

Il y a environ un siècle, l’arrivée de la théorie quantique a conduit au développement d’un très grand nombre d’instruments que l’on utilise aujourd’hui dans notre vie quotidienne : les lasers, les ordinateurs, les horloges atomiques dans le GPS ou encore la résonance magnétique nucléaire, qui a conduit à l’IRM. C’est ce que l’on peut appeler le résultat de la première révolution quantique.

Depuis une trentaine d’années, grâce au développement de la technologie, on est capable de manipuler des atomes et des photons isolés, les faire interagir les uns avec les autres de façon contrôlée. C’est cette deuxième étape que certains appellent « la deuxième révolution quantique ».

Que peut-on espérer de cette deuxième révolution ?

Je n’aime pas promettre ou survendre ce qui pourrait se passer à l’avenir. Disons que cette seconde révolution vise à domestiquer les particules quantiques individuelles pour faire des choses plus précises, développer des sondes plus sensibles, ou éventuellement calculer de façon plus efficace. On cherche à utiliser de nouvelles propriétés du quantique, comme la superposition et l’intrication – qui sont très contre-intuitives pour nos esprits habitués au monde classique – pour en faire des choses utiles.

Microsoft, IBM, Google et autres géants de la tech investissent des sommes importantes dans l’ordinateur quantique. En quoi cette machine du futur exploitera ces propriétés ?

Pour rappel, l’ordinateur actuel est un système qui couple des bits entre eux. Ce sont de petits transistors qui peuvent se trouver dans deux états : 0 ou 1. Dans un ordinateur quantique, il s’ajouterait une dimension qui est la superposition d’état : les bits pourraient être non pas simplement des 0 et des 1 mais des superpositions de 0 et de 1. On parle alors de bits quantiques, ou qubits, qui pourraient être intriqués entre eux, s’influer mutuellement en des endroits différents de la machine, ce qui fait que si on mesure l’un des qubits, cela aura une répercussion immédiate sur l’état de l’autre. Ce principe de superposition massive sur un très grand nombre de bits permet, au moins théoriquement, de résoudre des problèmes difficiles que les ordinateurs actuels mettraient un temps quasiment infini à calculer.

Qu’est-ce qui nous empêche de passer de la théorie à la pratique ?

Le plus gros obstacle est la fragilité de l’information quantique. Il faut parvenir à contrôler les bits et leur cohérence, faire en sorte que leurs états de superposition ne soient pas détruits par l’interaction avec leur environnement. Aujourd’hui, ce que l’on sait faire, ce sont de petits prototypes, en quelque sorte des jouets, qui permettent de démontrer que les opérations individuelles marchent sur de petits ensembles de particules. Mais pour avoir un système utile, qui batte en puissance de calcul les machines actuelles, il faut remplacer ces quelques dizaines de bits par des dizaines de millions de bits, corriger de façon massive les erreurs. Ca, pour l’instant personne ne sait le faire.

Donc ce n’est pas pour demain…

Ca fait vingt-cinq ans que l’on nous annonce l’ordinateur quantique ! Mais la réalisation d’une machine battant les performances des ordinateurs classiques actuels reste un but lointain dont personne ne peut dire s’il sera vraiment atteint. Il y a une compétition, largement du domaine des relations publiques, entre les grands groupes – Google, Microsoft et IBM – qui inventent des critères particuliers pour dire que leur machine expérimentale est plus performante qu’une autre… Mais ça reste très loin des applications pratiques.

La cryptographie quantique est au contraire un domaine plus avancé de cette « deuxième révolution », non ?

Oui, la cryptographie quantique n’exige pas d’intrication massive. Elle consiste à coder et décoder des messages secrets à l’aide de clés formées de succession de bits quantiques, et donc protégées de l’espionnage. Si quelqu’un intercepte les clés, des corrélations quantiques vont être altérées et il y aura un moyen très simple de s’en rendre compte et interrompre la communication.

Avec elle, on peut rêver d’un Internet mondial quantique, hautement sécurisé ?

Dans les protocoles de communication quantique, les clés sont portées par des photons se propageant dans des fibres optiques. Mais au bout de quelques dizaines de kilomètres, la cohérence quantique de la lumière se perd. Il faut utiliser ce que l’on appelle des répéteurs, qui remettent en l’état la cohérence. Ces répéteurs quantiques sont très délicats à mettre en oeuvre. Donc un grand internet quantique à l’échelle de la planète, ce n’est pas pour tout de suite. Mais des circuits de communication par fibre entre banques, entre pays, ont été déjà mis en place sous forme de démonstration. Tout ça fait partie d’un domaine de recherche très riche, théorique et expérimental.

Les futures horloges quantiques ne varieront même pas d’une seconde en 15 milliards d’années, soit plus que l’âge estimé de l’univers. A quoi peut servir une telle précision ?

A ce niveau, on peut mesurer des différences de champ de gravitation infimes, vérifier des théories de la relativité générale et on pourra peut-être un jour mettre au point de nouveaux détecteurs d’ondes gravitationnelles. Dans le champ de la métrologie quantique, qui est certainement le plus mûr de tous, on peut aussi citer les interféromètres quantiques, permettant de mesurer de petits champs électriques ou magnétiques ou de petites variations de l’accélération de la pesanteur. De tels instruments sont mis sur le marché pour faire des recherches géologiques, trouver des minerais et peut-être bientôt pour prévoir les éruptions volcaniques et les tremblements de terre. Il y a aussi les accéléromètres quantiques : même dans un sous-marin, sans accès au GPS, ils permettent de savoir où vous êtes avec précision.

La métrologie quantique pourra-t-elle aussi bouleverser la médecine ?

Oui, certaines sondes quantiques permettent de mesurer localement un champ magnétique, et de faire en quelque sorte de l’IRM au niveau microscopique. Vous allez pouvoir étudier de petits systèmes formés de seulement quelques cellules biologiques, ce qui peut avoir des applications extrêmement importantes pour la recherche en biologie et la médecine : détecter des cancers, des lésions…

La France a une longue tradition dans le quantique, avec notamment trois prix Nobel, dont le vôtre, mais attire-t-elle les nouveaux talents ?

La France a pris du retard ! L’effort sur la science a été considérablement ralenti au cours des trente dernières années, surtout si on la compare à certains autres pays. Seul 2,2 % du PIB est consacré à la recherche publique et privée, alors que le pays s’était engagé en 2000 à atteindre les 3 %. On a aussi du retard sur la formation. Les petits Français sont parmi les moins bons en maths. Et surtout, les conditions de travail des chercheurs ne sont pas attirantes : il y a très peu de postes ouverts au CNRS et les jeunes chercheurs qui y entrent gagnent un salaire de misère. Ils sont accablés de tâches administratives et passent une grande partie de leur temps à remplir des dossiers pour pouvoir obtenir des contrats finançant leurs recherches… Les plus brillants se voient offrir des postes à l’étranger, et on ne peut les blâmer de les accepter.

Emmanuel Macron a quand même annoncé un plan quantique de 1,8 milliard d’euros…

Au-delà du quantique, je pense à la recherche en général, à laquelle il faut appliquer le « quoi qu’il en coûte » ! Il faut y investir beaucoup plus de moyens que ceux promis par la nouvelle loi. Cela restera moins que le coût de quelques jours de confinement. Or, notre personnel politique manque de formation scientifique. Difficile de les sensibiliser à l’importance de soutenir la recherche en général, au-delà de quelques domaines appliqués. ​Si on leur dit que l’ordinateur quantique sera peut-être là dans cinquante ans, ça ne les motive pas tellement.

Pourtant, les problèmes qui se posent à nous en tant que civilisation, en tant qu’habitants de la Terre, ne peuvent être résolus que par une science ouverte, s’appuyant sur une recherche fondamentale au long cours, libre et dynamique. La mise au point rapide des vaccins contre le Covid en est un exemple éclatant. Elle n’a été possible que parce que précédée par des décennies de recherche non finalisée sur les coronavirus et l’ARN messager

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