La notion de particule de lumière - le photon - introduite par Einstein en 1905, est difficile à concilier avec le modèle ondulatoire de la lumière, fermement établi au XIXème siècle par Young, Fresnel, Maxwell, et bien d'autres... La dualité onde-particule de Louis de Broglie reste aujourd'hui "un grand mystère", comme a pu l'écrire le grand physicien Richard Feynman. Les méthodes modernes de l'optique quantique ont permis de réaliser ce qui n'était pendant longtemps que des "expériences de pensée". On décrira quelques expériences sur la lumière qui mettent en évidence le caractère intriguant de la dualité onde-particule, aujourd'hui mise à profit dans certaines procédures de cryptographie quantique.
Mot(s) clés libre(s) : optique quantique, photon, dualité onde-particule, cryptographie quantique, Albert Einstein, Alain Aspect

Depuis son émergence dans les années 1920, la Mécanique Quantique n'a cessé d'interpeller les physiciens par le caractère non intuitif de nombre de ses prédictions. On connaît l'intensité du débat entre Bohr et Einstein sur cette question. Le caractère incontournable de la Mécanique quantique au niveau microscopique est très vite apparu évident, puisque cette théorie fournit une description cohérente de la structure de la matière. En revanche, un doute pouvait subsister sur la validité au niveau macroscopique de prédictions étonnantes comme la dualité onde particule, ou les corrélations à distance entre particules intriquées. Après la publication des inégalités de Bell, en 1965, on a réalisé que les prédictions de la Mécanique quantique sur ces corrélations à distance étaient en contradiction avec la vision du monde (réalisme local) défendue par Einstein, et qu'il devenait possible de trancher ce conflit par des tests expérimentaux. Les expériences réalisées depuis plus de deux décennies avec des paires de photons corrélés ont confirmé de façon indubitable la justesse des prédictions quantiques, et donc la nécessité de renoncer à certaines images plus intuitives défendues par Einstein. Ces travaux très fondamentaux débouchent aujourd'hui sur des applications inattendues : cryptographie quantique, ordinateur quantique...
Mot(s) clés libre(s) : dualité onde-particule, Einstein-Podolsky-Rosen, inégalités de Bell, intrication quantique, lumière, mécanique quantique, optique, paradoxe EPR, polarisation

Les ondes de matières constituent un nouvel état de la matière pour lequel de nombreuses recherches sont en court dans le monde entier. On peut les définir ainsi : il existe une dualité onde corpuscule qui associe à tout objet physique à la fois un corpuscule et une onde. Une onde de matière est un cas particulier où un nombre macroscopique d'atomes se trouvent tous décrits par la même fonction d'onde. On peut aujourd'hui réaliser et visualiser de telles ondes grâce à des procédés tels que le refroidissement des atomes ou la condensation de Bose-Einstein. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives sur la connaissance et la compréhension de la matière.
Mot(s) clés libre(s) : boson, condensation de Bose-Einstein, corpuscule, dualité onde-particule, état de la matière, fermion, lumière, mécanique quantique, onde de matière, photon, refroidissement laser

"La théorie quantique, centrale à notre compréhension de la nature, introduit en physique microscopique les notions essentielles de superpositions d'états et d'intrication quantique, qui nous apparaissent comme "" étranges "" et contre-intuitives. Les interférences quantiques et la non-localité - conséquences directes du principe de superposition et de l'intrication - ne sont en effet pas observables sur les objets macroscopiques de notre expérience quotidienne. Le couplage inévitable de ces objets avec leur environnement détruit très vite les relations de phase entre les états quantiques. C'est le phénomène de la décohérence qui explique pourquoi autour de nous l'étrangeté quantique est généralement voilée. Pendant longtemps, superpositions, intrication et décohérence sont restés des concepts analysés à l'aide d'" expériences de pensée " virtuelles, dont celle du chat de Schrödinger à la fois mort et vivant est la plus connue. À la fin du XXe siècle, les progrès de la technologie ont rendu réalisables des versions de laboratoire simples de ces expériences. On peut maintenant piéger et manipuler des atomes et des photons un par un et construire des systèmes de particules suspendus entre deux états quantiques distincts qui apparaissent ainsi comme des modèles réduits de chats de Schrödinger. Au delà de la curiosité scientifique et du défi que constitue l'observation de l'étrangeté quantique pour ainsi dire in vivo, ces expériences éclairent la frontière entre les mondes classique et quantique et ouvrent des perspectives fascinantes d'applications. "
Mot(s) clés libre(s) : constante de Planck, décohérence, dualité onde-particule, infiniment petit, interférence quantique, intrication, non-localité, physique quantique, quantification, Schrödinger, superposition d'états