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25 février 2022

Quantique 101 (1 de 3) – Des comportements étonnants!

Auteur : Sherbrooke Innopole

On entend de plus en plus parler de quantique : ordinateur quantique, mécanique quantique, matériaux quantiques… et toute nouvelle zone d’innovation Sherbrooke quantique!

Mais qu’est-ce au juste que cette « bibitte » qui promet de révolutionner notre monde, dans une panoplie de domaines incluant l’industriel? Nul doute, c’est un secteur hautement prometteur : il pourrait générer des revenus annuels de 142,4 milliards $ et employer 229 000 personnes en 2040, selon le Conseil national de recherches Canada. Sauf qu’on n’en voit aujourd’hui que la pointe de l’iceberg – étonnant quand même en ce début de 21e siècle!

Évidemment qu’expliquer la physique quantique est complexe. Commençons donc simplement, avec les principes de base.

Appréhender l’infiniment petit

La physique quantique fait référence aux lois qui s’appliquent au monde microscopique, plus précisément à l’échelle atomique et subatomique – un milliardième de mètre ou un cheveu divisé en 50 000. Ces lois sont différentes de celles qui régissent le monde du visible, et surtout très étonnantes, voire contre-intuitives. Voyons cela de plus… près 😉

→ En physique quantique, une particule comme un électron peut se trouver à plusieurs endroits et dans plusieurs états différents à la fois – on appelle cette propriété la superposition.

Mais tout ça n’est vrai que jusqu’à ce qu’on tente de déterminer où se situe la particule ou de mesurer sa vitesse par exemple, puisqu’à l’échelle atomique et subatomique l’observation influence ce qu’on observe.

De plus, on ne peut mesurer avec précision qu’une seule de deux variables conjuguées, par exemple la position ou bien la vitesse de la particule, mais pas les deux – c’est ce qu’on appelle le principe d’incertitude.

→ Une autre étrangeté : à l’échelle atomique et subatomique, on peut « intriquer » deux particules, c’est-à-dire créer un lien entre elle. Et lorsque deux particules sont « intriquées » et qu’on mesure l’état de l’une, cela fixe instantanément l’état de l’autre, peu importe la distance qui les sépare – c’est l’intrication quantique.

→ Dans le monde quantique, chaque particule est aussi associée à certains paliers d’énergie, comme une voiture qui ne pourrait rouler qu’à 80 km/h ou 100 km/h en sautant d’une vitesse à l’autre, sans accélération ou décélération graduelle entre les deux. Sur le même principe, la couleur des feux d’artifice est liée aux niveaux d’énergie quantique propres aux différents combustibles!

→ Bizarrement également, tous les constituants de base de la matière – la lumière autant que les électrons, etc. – peuvent présenter des propriétés d’ondes, comme les vagues, ET des propriétés de corpuscule, comme une bille, selon l’instrument utilisé : voilà la dualité onde-corpuscule.

↓↓↓

C’est ce type de lois et de comportements bien particuliers qui existent dans l’infiniment petit que les chercheurs essaient actuellement d’exploiter afin notamment de remplacer les transistors dans les ordinateurs.

À découvrir dans le prochain blogue : déjà des applications de la quantique dans notre vie de tous les jours!

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