14 mars 2022

Après avoir survolé quelques principes de base de la physique quantique dans le premier blogue de cette série, attardons-nous sur des technologies basées sur des propriétés quantiques et que nous retrouvons dans notre vie de tous les jours. Mais avant : un soupçon d’histoire…

Il était une fois

La mécanique quantique est née au début des années… 1900! Des scientifiques cherchaient alors à résoudre des problèmes auxquels la physique classique n’avait pas de réponse. Ils s’appelaient entre autres Max Planck, Niels Bohr, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie et un certain Albert Einstein – celui-là même qui a élaboré la théorie de la relativité. Cette théorie explique les phénomènes macroscopiques, mais elle ne fonctionne plus à l’échelle subatomique. De là est née la physique quantique, qui a nécessité une trentaine d’années de raffinement avant d’arriver à une théorie complète.

Quant à l’ordinateur quantique, c’est au début des années 1980 que Richard Feynman avance l’idée de construire une telle machine.

Les recherches dans le domaine de la quantique n’ont donc jamais cessé depuis plus de 100 ans, à la différence qu’aujourd’hui on cherche davantage à exploiter les propriétés quantiques qu’à les découvrir.

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« Dieu ne joue pas aux dés! » a un jour dit Einstein, sceptique qu’une particule puisse choisir au hasard sa place dans son nuage quantique – mais cette fois, c’est lui qui avait tort.

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Au quotidien

On trouve déjà des applications de la physique quantique dans notre vie de tous les jours – eh oui! Les puces informatiques, l’imagerie par résonance magnétique, le GPS, les lasers, les cellules solaires, les mémoires flash de nos cellulaires ou clés USB, les LED, etc. : toutes ces technologies constituent ce qu’on appelle la première révolution quantique, c’est-à-dire qu’elles utilisent les connaissances disons moins spectaculaires de la physique quantique. Elles n’en ont pas moins déjà transformé notre monde. Voyons comment! 

→ Mémoire flash
C’est ce type de mémoire qui permet aux données dans nos cellulaires d’être conservées sans que nos téléphones soient branchés en permanence à une prise électrique. Cette fonctionnalité est possible grâce à l’« effet tunnel » de la physique quantique, c’est-à-dire la possibilité pour un électron, par exemple, d’être téléporté instantanément de l’autre côté d’une paroi assez fine #magie

→ IRM
L’imagerie par résonance magnétique est un examen médical qui permet de générer des images de parties du corps et d’organes internes comme le cerveau. L’IRM est basée sur le principe de la résonance magnétique nucléaire (RMN) – rien à voir avec de quelconques radiations, mais bien avec le noyau de l’atome. En effet, la RMN est une propriété qu’ont certains noyaux atomiques lorsqu’ils sont soumis à un champ magnétique – dans un appareil d’IRM, c’est le gros tube dans lequel on se glisse qui constitue l’aimant. Ces atomes – uniquement ceux de spins non nuls – vont alors tourner comme des toupies dans la même direction. Puis, on génère un autre type de champ magnétique qui fera osciller certains atomes à une fréquence bien précise. C’est ce phénomène que mesurent des antennes réceptrices, dont les mesures sont ensuite décryptées par un puissant ordinateur pour reconstituer l’image.

→ Laser
Le laser est un faisceau de lumière très directif et puissant, dont les applications sont innombrables : CD, DVD, BluRay, imprimantes laser, découpe de pièces de plastique ou de métal, soudure, etc. Le terme laser vient en fait de l’abréviation anglaise Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ou lumière amplifiée par émission stimulée de rayonnement. La technologie laser repose ainsi sur les propriétés quantiques des atomes, plus précisément sur le fait qu’un atome déjà excité passera à un niveau d’énergie inférieur « au contact » d’un photon de la bonne fréquence, ce qui émettra un 2^e photon. Dans un laser, ce phénomène s’en trouve amplifié par la présence de deux miroirs entourant les atomes, après quoi la lumière est émise en un rayonnement laser concentré.

→ Cellule photovoltaïque
Résumée simplement, une cellulaire solaire produit de l’électricité à partir de la lumière. Mais comment? Grâce à l’effet photoélectrique : les électrons à la surface de la cellule photovoltaïque sont excités par des photons incidents provenant de la lumière du soleil et se mettent à se déplacer – un courant électrique est alors créé. Cet effet est expliqué par la dualité onde-corpuscule de la lumière.

À découvrir dans le prochain blogue : coup d’œil dans le futur (potentiel) de la quantique!