Prix Nobel de physique 2025 décerné pour le tunnel quantique macroscopique
Le prix Nobel de physique 2025 a été décerné à John Clarke, Michel H. Devoret et John M. Martinis pour leur découverte du tunnel quantique macroscopique et de la quantification de l'énergie dans un circuit électrique. Leur travail, mené dans les années 1980 à l'Université de Californie à Berkeley, a démontré des effets quantiques à l'échelle macroscopique en utilisant une jonction Josephson. Les lauréats partageront 1,1 million de dollars, la cérémonie étant prévue pour le 10 décembre 2025 à Stockholm.
Au début du XXe siècle, les physiciens ont découvert la mécanique quantique, où les particules subatomiques exhibent des comportements comme le tunnel à travers des barrières d'énergie, défiant la physique classique. Sur cette base, Clarke, Devoret et Martinis ont étendu ces effets à des échelles macroscopiques. Clarke, qui a rejoint la faculté de l'UC Berkeley en 1969 après son doctorat à l'Université de Cambridge, a collaboré avec Devoret en tant que post-doctorant et Martinis en tant qu'étudiant de troisième cycle à la mi-années 1980.
L'équipe a utilisé une jonction Josephson—un dispositif avec deux semi-conducteurs séparés par un isolant, permettant le tunnel d'électrons à basses températures pour former des paires de Cooper supraconductrices. Ils ont construit un oscillateur de puce micro de un centimètre, semblable à un pendule quantique, et réduit le bruit pour mesurer le tunnel. En injectant un courant dans la jonction et en observant la tension, ils ont découvert que à des températures très basses, le système devenait supraconducteur, avec un courant indépendant de la température—une signature du tunnel quantique macroscopique.
Ils ont également confirmé des niveaux d'énergie quantifiés dans la jonction, limitant l'énergie à des valeurs discrètes comme les particules subatomiques. Cela a créé un état quantique macroscopique décrit par une seule fonction d'onde à travers des milliards de paires de Cooper, fonctionnant comme un atome artificiel et un qubit rudimentaire.
«Pour le dire doucement, c'était la surprise de ma vie», a déclaré Clarke lors de la conférence de presse d'annonce. «Notre découverte est en quelque sorte la base de l'informatique quantique».
Le comité Nobel a mis en lumière les opportunités pour la cryptographie quantique, les ordinateurs et les capteurs. Irfan Siddiqi, président du département de physique de l'UC Berkeley, l'a qualifié de «grand-père des qubits», permettant les qubits supraconducteurs modernes comme le transmon de 2007.
Martinis a rejoint les efforts quantiques de Google en 2014, contribuant à la revendication de suprématie quantique de 2019, avant de cofonder Qolab en 2022. Devoret dirige la division quantique de Google et enseigne à l'UC Santa Barbara, tandis que Clarke est professeur émérite à l'UC Berkeley.
«Ces systèmes comblent l'écart entre le comportement quantique microscopique et les dispositifs macroscopiques», a déclaré Gregory Quiroz de Johns Hopkins. Jonathan Bagger de l'American Physical Society a noté que le prix montre la valeur des investissements dans la recherche fondamentale.