Prix Nobel de physique : "Michel Devoret a posé les premières briques de l’informatique quantique"

Jusque dans les années 1980, il n’est pas permis d’envisager la création d’un ordinateur reposant sur des technologies quantiques. Utiliser les étranges propriétés subatomiques de la matière pour en faire un supercalculateur n’était alors qu’une douce illusion, partagée par quelques libres penseurs. C’était sans compter sur les travaux d’un Français, dont le nom vient brusquement de faire le tour du monde.

A 72 ans, Michel Devoret, physicien formé à Télécom Paris, professeur à l’université de Californie aux Etats-Unis, s’est vu décerner le prix Nobel 2025 de physique, ce mardi 7 octobre, pour avoir posé les premières pierres de l’informatique quantique. Avec deux autres chercheurs d’exception, le Britannique John Clarke et l’Américain John M. Martinis, ces scientifiques ont démontré qu’il était possible de conserver certaines des capacités quantiques, dans des circuits électriques, lançant de fait, la course au calculateur quantique.

En quoi ces travaux sont-ils révolutionnaires ? Comment expliquer que de tels phénomènes quantiques puissent survenir ? Va-t-on assister, enfin, à l’avènement de telles machines dans les prochaines années ? Pour esquisser quelques éléments de réponse aux questions soulevées par cette distinction, L’Express s’est entretenu avec Daniel Esteve, membre de l’Académie des sciences, directeur de recherche au Commissariat à l’énergie atomique (CEA), avec qui Michel Devoret a réalisé une partie de ses expériences.

Pourquoi le jury du prix Nobel a souhaité récompenser Michel Devoret selon vous ?

Daniel Esteve : Grâce à ses expériences en 1984 et 1985, Michel Devoret a été un des premiers à démontrer qu’une création artificielle, un circuit électrique, pouvait avoir les mêmes comportements quantiques que l’on observe dans les atomes de la nature. Il s’agissait là de l’une des toutes premières preuves de faisabilité de l’ordinateur quantique.

Avant lui, on ne savait pas que l’informatique quantique était possible ?

Non, du moins pas de manière expérimentale. À cette époque, on se demandait si un circuit électrique pouvait se comporter de façon quantique. Des théoriciens avaient fait des prédictions sur le comportement de la matière, mais cela n’avait pas été démontré de manière empirique. On ne savait pas également comment le système allait réagir et s’il allait suivre les mêmes règles que les atomes. L’équipe de Berkeley, dont Michel Devoret faisait partie, a montré qu’on pouvait atteindre ce régime quantique.

Qu’est-ce qui aurait pu empêcher d’obtenir des propriétés quantiques dans un circuit électronique ?

Les propriétés quantiques de la matière, comme le fait qu’une particule se comporte comme une onde, ne s’appliquent qu’à très petite échelle. Lorsqu’on est en présence de beaucoup de matière, de beaucoup d’atomes, elles disparaissent, s’annulent en quelque sorte, à cause de ce qu’on appelle la "décohérence de phase". A l’époque, on ne savait pas à partir de combien d’atomes exactement ces interférences se produisaient. On sait désormais qu’il y a suffisamment de marge pour créer un circuit électronique de très petite taille, mais suffisamment grand pour être exploité par les scientifiques. Du moins, en théorie.

Comment Michel Devoret s’y est pris pour arriver à ce résultat ?

Il s’est essentiellement appuyé sur un appareil, appelé la jonction de Josephson. Un composant, dans lequel se trouve une barrière d’énergie électrique, une sorte d’obstacle. Si la matière a conservé ses propriétés quantiques, elle peut agir comme une onde et être capable de traverser cette barrière, un peu comme les rayons du soleil qui sont capables de traverser les vitres d’une fenêtre. L’équipe de Berkeley, dont Michel Devoret a fait partie, a démontré que c’était le cas, et qu’un effet tunnel, c’est le terme désigné, se produisait bien.

Plus fort, elle a aussi induit des "transitions de niveaux quantiques", en irradiant la matière avec des micro-ondes. Comme un atome dans la nature, le circuit utilisé s’est mis à s’exciter, et à émettre un rayonnement à son tour, selon des niveaux d’énergies très précis, qui obéissent aux lois de la physique quantique, les fameux "quanta d’énergie". En faisant ça, l’équipe de Berkeley a démontré que son circuit réagissait pareil que les atomes quantiques, et pouvait être considéré comme un atome artificiel.

Quelques années après ces expériences de thèse, auxquelles vous avez participé, vous avez fondé avec lui et Cristian Urbina le groupe "Quantronique" au CEA de Saclay, pour travailler sur l’électronique quantique. Comment s’est passée la collaboration ? Qu’est-ce qui fait qu’il a vu un peu plus loin, plus juste, que certains scientifiques ?

Michel Devoret a indéniablement de l’intuition. Il fallait comprendre que c’était un sujet abordable et accessible expérimentalement, or ce n’était pas évident, à l’époque. Ce qu’il a proposé de faire n’avait jamais été mis en œuvre.

Quels étaient les obstacles principaux à ces expériences ?

A cause de la décohérence de phase, les chercheurs doivent impérativement "découpler" leurs systèmes quantiques de l’environnement extérieur. Les isoler, en quelque sorte, pour ne pas que leur comportement quantique soit perturbé. Or, et c’est tout le paradoxe, les scientifiques doivent aussi être en mesure d’observer ce qu’il se passe, de faire des mesures : il faut bien mettre nos pattes de physiciens dessus, à un moment… Le défi, c’est de concevoir une expérience qui permet les deux. C’est ce qu’on a pu faire, tout au long de notre carrière.

Quelle a été l’ampleur de votre collaboration ?

J’ai été impliqué à la marge dans les expériences récompensées, puis nous avons fondé notre laboratoire, Quantronique. Nous sommes ensemble à l’origine du premier "bit" quantique, dans les années 2000, puis d’un petit processeur quantique. Autant de découvertes qui, je l’espère, permettront de paver la voie à l’ordinateur quantique.

On s’en rapproche ?

C’est la question à mille euros. Pour le moment, on ne sait toujours pas faire d’ordinateur quantique fonctionnel. Mais grâce au travail des scientifiques, on sait désormais que les lois de la physique ne l’interdisent pas. On progresse régulièrement. Un des défis actuels reste tout de même la correction d’erreurs quantiques.

De quoi s’agit-il ?

Il arrive régulièrement que certaines propriétés quantiques soient altérées par la présence d’atomes aux alentours, à cause de cette fameuse décohérence dont on ne cesse de parler. Pour faire du calcul quantique, il faut assembler des Qubits, des unités d’encodage. Ce sont ces systèmes, qui sur les ordinateurs classiques, donnent les fameux 0 et 1 du langage binaire, les "bits". Or, si chaque porte logique appliquée entre deux Qubits d’un processeur quantique se fait actuellement avec une fidélité proche de 1, supérieure à 0.99, quasiment sans erreurs, quand on empile un grand nombre de portes, la multiplication des fidélités individuelles fait tomber la fidélité totale à zéro.

Il faut donc faire de la correction d’erreur quantique, mais c’est extrêmement coûteux en ressources quantiques. La grosse difficulté, c’est qu’en mécanique quantique, il est impossible de faire la copie d’un état quantique. On ne peut pas répéter les opérations pour déterminer d’où viennent les erreurs, et les corriger, ce qu’on fait tout le temps avec l’informatique traditionnelle. On s’approche à peine aujourd’hui d’un seul bit quantique électrique parfaitement corrigé. Il va falloir trouver de nouvelles astuces pour passer cet obstacle, et de nombreuses équipes et startups s’y emploient.