[Ideas] Quantique : La révolution qui sort des labos

Quantique : La révolution qui sort des labos

Isabelle Zaquine, professeure émérite à Télécom Paris, avril 2026

Isabelle Zaquine nous accorde un grand entretien sur le quantique. Elle a récemment co-écrit un ouvrage très éclairant sur le sujet, « Information Quantique, théorie et expérience », où elle tire les enseignements d’une carrière dédiée à la physique quantique. Nous explorons avec elle en quoi le quantique représente peut-être LA révolution de ce XXI^e siècle.

Isabelle Zaquine a approché la physique quantique pendant ses études d’ingénieur et elle l’a ensuite toujours accompagnée de près ou loin. D’abord pendant sa thèse sur les jonctions supraconductrices, puis dans l’enseignement à Télécom Paris depuis 1995, et enfin de nouveau dans ses recherches en optique quantique, jusqu’à la participation à l’écriture de ce livre sur l’information quantique paru à l’automne 2025.

Propos recueillis par Isabelle Mauriac

Podcast

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Podcast enregistré le 23 mars 2026 par Michel Desnoues, Télécom Paris

Quantique : quid ?

— On sait que la physique quantique étudie les toutes petites échelles comme une plongée à l’intérieur de la matière. Qu’elle s’intéresse aux atomes de la matière, aux photons, des signaux lumineux, à tout ce qui compose l’Univers, c’est-à-dire l’étude du monde qui nous entoure, mais à l’échelle nanoscopique, celle des particules élémentaires. On parle aujourd’hui de révolution quantique, alors nous pourrions commencer par là ?

Oui, la première fois que la révolution quantique fut évoquée, c’était il y a environ 100 ans, car on cherchait à comprendre des phénomènes physiques qui restaient des mystères pour la physique classique, comme par exemple le rayonnement émis par un atome ou par une étoile. Ce qui posa problème à l’époque était le côté contre-intuitif de cette théorie. Elle introduit des indéterminations fondamentales, par exemple l’impossibilité de connaître toutes les caractéristiques d’une particule en même temps. Elle introduit aussi l’intrication quantique. Autant de concepts particulièrement difficiles à accepter pour les physiciens de l’époque.

— Il y eut cette première révolution quantique, aujourd’hui on parle de seconde révolution quantique, pourquoi ?

Parce que maintenant les effets quantiques ne sont plus des affaires de physiciens pour comprendre le monde, mais…

le quantique peut jouer un rôle concret dans notre vie quotidienne, comme par exemple dans le domaine des communications ou des ordinateurs.

— Revenons plus tard sur les applications du quantique mais d’abord, quel est le point commun entre ces deux domaines, communication et ordinateur ?

Le point commun est le fait de manier de l’information. Les communications permettent d’échanger des messages donc de l’information, tandis que les ordinateurs permettent de faire des calculs donc de manier de l’information quand ils font des recherches dans des bases de données, quand ils travaillent sur des images pour les modifier, pour les filtrer, pour faire ressortir des informations nouvelles invisibles à l’œil nu par exemple. Pour toutes ces informations, il est nécessaire de transférer l’information sur un support physique. En communication sur fibre optique par exemple, l’information est portée par des signaux lumineux de deux intensités différentes : c’est ce qui nous donne le codage, un codage binaire. Dans les ordinateurs classiques, l’information est codée sur deux états d’un composant semi-conducteur, le transistor.

— En revanche, dans l’ordinateur quantique, on n’utilise pas le transistor mais directement la particule ?

Le bit classique, c’est le transistor, qui est un interrupteur « on » ou « off ». On a besoin de la physique quantique pour comprendre le comportement des électrons dans le matériau semi-conducteur, mais ce composant est constitué d’un grand nombre d’atomes.
Donc il est considéré comme un composant classique, qu’on peut décrire par des équations de la physique classique.

Alors que, dans un ordinateur quantique, les états 0 ou 1 sont portés dans la plupart des cas par une seule particule, par exemple un photon ou un atome. Et on travaille avec deux états de cette particule fondamentale. C’est ce qu’on appelle le qubit.

Le qubit est caractérisé par des propriétés quantiques qui ne peuvent pas être observées sur un composant classique. Il y a les états de superposition, les possibilités d’interférence et d’intrication. On a accès non seulement à l’état 0 et à l’état 1 mais à une infinité de superpositions possible. Par exemple 0 plus 1. Dans ce cas-là on dit quelquefois que le système est à la fois dans l’état 0 et dans l’état 1. Io est possible de dire aussi qu’il est ni dans l’un ni dans l’autre…

Ce que l’on peut affirmer est que si on le mesure dans cet état 0 plus 1, on a autant de chances de trouver 0 que de trouver 1 comme résultat de mesure ; et on peut représenter cette infinité d’états comme l’ensemble des points ou des rayons sur une sphère de rayon 1 dont les états 0 et 1 sont les deux pôles. C’est la sphère de Bloch : il y a une infinité d’états qui correspondent à autant de chances de mesurer 0 que de mesurer 1, et ce sont les états qui sont sur l’équateur de cette sphère. Quand on est dans l’hémisphère nord de la sphère ça signifie que le résultat de mesure a plus de chance d’être 0 plutôt que 1 et quand on est dans l’hémisphère sud le résultat a plus de chance d’être 1 plutôt que 0.

— Nous allons parler aussi des supports de l’information que sont donc les atomes pour la matière, les photons pour la lumière, et puis il y a aussi les supraconducteurs ?

Oui, il y a donc plusieurs types possibles de qubits. La condition pour qu’un système puisse devenir un qubit c’est qu’il présente un comportement quantique et qu’on puisse modifier l’état du système avec les moyens dont on dispose : des champs électriques, des champs magnétiques, des lasers, des courants, des tensions etc. Et c’est le type de qubits choisi qui va déterminer complètement la structure, et le fonctionnement de l’ordinateur quantique au final.

— Je crois que le Nobel, attribué en 2025 à trois physiciens dont Michel Devoret, ancien élève de Télécom Paris, a distingué l’étude d’effets quantiques restant à une échelle évidemment microscopique, mais quand même plus grande qu’une seule particule ?

C’est cela, la plupart des qubits sont des particules uniques, mais il y a quelques exceptions… Dans le cadre de ce prix Nobel, les expérimentateurs ont montré qu’on pouvait observer un comportement quantique sur un courant macroscopique dans une jonction Josephson. Ces jonctions Josephson sont des sandwichs où se trouve une fine couche d’oxydes isolants entre deux couches de métaux supraconducteurs. Et malgré la présence de cet isolant qui normalement empêche le passage de courant, on peut observer un courant macroscopique assez facilement mesurable, qui traverse ces jonctions par effet tunnel.[/q]

— C’est ce que vous avez étudié ou mesuré pendant votre thèse ?

J’ai utilisé effectivement ces jonctions supraconductrices pendant ma thèse ; je ne travaillais pas sur des qubits à l’époque. L’application visée était de réaliser des détecteurs fortement non linéaires pour la radioastronomie, avec un objectif de très grande sensibilité à des rayonnements très faibles.

Quelles applications ?

— Vous évoquez la radioastronomie, venons-en aux applications de ce calculateur quantique : il va nous faire approximer des calculs complexes, ce qui potentiellement s’applique à de nombreux domaines. Notamment la recherche de réactions chimiques, ce qu’on appelle l’ingénierie moléculaire, qui permet la fabrication de médicaments ou de nouveaux matériaux ?

On fonde de grands espoirs sur la puissance potentielle de ces ordinateurs. Il faut quand même distinguer deux catégories. À mon avis, ce qui pourrait déboucher en premier seraient plutôt les simulateurs quantiques. Ces grandes molécules utilisées dans les médicaments qui sont en fait des assemblages de grands nombre de particules, des assemblages d’objets quantiques. Plus le système est gros, c’est-à-dire plus il a de particules, plus il est difficile à modéliser pour un ordinateur classique.

Le simulateur remplace le système quantique par un autre système quantique et des correspondances sont établies entre les interactions de ces deux systèmes. Ces correspondances permettent, en étudiant ce système qui constitue l’ordinateur, de prédire des résultats sur le système réel qui serait cette grande molécule nouvelle à étudier.

La deuxième catégorie serait le calculateur universel capable de réaliser n’importe quel type de calcul, et c’est beaucoup plus difficile.
De petits prototypes commencent à sortir des laboratoires, mais ce sera encore long avant d’arriver au niveau où ils seraient vraiment plus performants qu’un ordinateur classique.

— Vous voulez dire qu’aujourd’hui, il n’est pas possible d’affirmer que les ordinateurs quantiques sont plus performants que les ordinateurs classiques ?

Effectivement on a démontré une supériorité de principe de l’ordinateur quantique. En théorie, il a le potentiel d’être beaucoup plus puissant qu’un ordinateur classique mais cela n’a été démontré que pour certaines opérations.

En pratique, ce ne sera vraiment utile qu’avec des ordinateurs pourvus de milliers de qubits, un nombre beaucoup plus important qu’actuellement, et surtout avec des taux d’erreur assez faibles pour être corrigés.

— Parce qu’il y a beaucoup plus d’erreurs dans un ordinateur quantique que dans un ordinateur classique ?

Eh oui, il n’y a pas d’erreur dans un ordinateur classique alors que la manipulation des objets quantiques est beaucoup plus délicate et chaque opération introduit des erreurs. Il faut donc ajouter une redondance dans les calculs pour pouvoir corriger les erreurs.

— Il faut augmenter le nombre de qubits aussi ?

Exactement. On utilise ce qu’on appelle des codes correcteurs d’erreur, déjà connus dans le domaine des communications classiques. Car lorsque des signaux sont envoyés à longue distance, les pertes et les déformations de signaux donnent lieu à des erreurs possibles à corriger. Pour le calcul quantique, il faut les mettre en œuvre, mais ils ne peuvent fonctionner que si les taux d’erreur ne sont pas trop importants.

Où en sont les recherches ?

— Nous allons parler de vos recherches maintenant. Votre spécialité, c’est le travail de la lumière, donc à cette échelle du photon ?

Le photon est le quantum d’énergie lumineuse. Je travaille avec la lumière depuis environ 30 ans, la lumière comme support de l’information.
Dans un signal lumineux classique, il y a des milliards de photons, donc un photon perdu ne change pas grand-chose au signal. Mais si un seul photon est le porteur unique d’un bit d’information, alors chaque photon absorbé ou perdu est critique.

— Mais c’est tellement petit j’imagine… c’est très délicat à manipuler ?

C’est surtout délicat à détecter parce que son énergie est minuscule. La manipulation de la lumière est assez bien maîtrisée depuis longtemps. On sait utiliser des miroirs pour la réfléchir, pour la guider, on a des fibres optiques aussi qui peuvent la transporter sur de très longues distances.

— Vous avez beaucoup travaillé sur l’intrication comme propriété quantique ?

Oui, j’ai travaillé sur des paires de photons intriquées. Les sources de ces paires de photons intriquées sont un peu les briques de base pour les communications quantiques à longue distance.

— C’est fascinant parce que l’intrication, on l’imagine comme une imbrication ; et pourtant, il n’y a pas de forcément de proximité physique ?

C’est cela : les deux particules intriquées peuvent être très éloignées l’une de l’autre. Ce sont vraiment leurs propriétés physiques qui sont intriquées, fortement corrélées et intimement liées.

Ce peut être par exemple la polarisation du photon, peut-être aussi le chemin que le photon choisit de prendre quand il a le choix entre plusieurs chemins, ce peut être la fréquence des photons…

— Poursuivons et terminons par une question un peu plus personnelle. Qu’est-ce qui vous a attiré dans cette discipline ? Est-ce justement ce côté mystérieux, inexploré ou bien sont-ce les perspectives d’avenir ? D’ailleurs à l’époque, vous rendiez-vous compte quand vous avez commencé que le quantique pourrait être porteur d’autant d’avancées et autant d’attentes ?

Quand on m’a enseigné la physique quantique pendant mes études d’ingénieur, ce qui m’a attirée au départ était l’élégance du formalisme mathématique. Et puis petit à petit j’ai découvert au cours de ma thèse, et puis après dans l’ensemble de mon travail de recherche, à quel point la physique quantique sous-tendait toute la physique et j’ai saisi toutes les occasions de l’enseigner. Ça me paraissait vraiment très important.

— Et de quand date votre premier contact expérimental concret avec l’optique quantique ?

Justement le montage d’une source de paires de photons intriqués à Télécom Paris. J’ai partagé cette expérience avec de nombreux étudiants. À chaque fois, on ressent le même enthousiasme du résultat de l’expérience qui démontre l’intrication, par la violation des inégalités de Bell d’abord démontrée par Alain Aspect ; et c’est pour cette raison d’ailleurs qu’il a reçu le prix Nobel en 2022. Donc à chaque fois, il faut un travail minutieux nécessaire pour optimiser cette expérience ; il est très agréable d’arriver à ce résultat, à cette démonstration.

— Et c’est un peu tout cela que vous avez cherché à transmettre dans le livre qui vient de paraître ?

Oui, c’était l’idée de pérenniser ces recherches. Et j’ai travaillé surtout sur les parties expérimentales et de réalisation, qui décrivent les réalisations de prototype.

— À qui s’adresse ce livre, aux étudiants aussi ?

Il s’adresse aux étudiants avec un bagage scientifique du niveau de la licence L3 et aux ingénieurs ou aux doctorants, ainsi qu’aux chercheurs qui souhaitent avoir une vision d’ensemble du domaine ou qui souhaitent monter des expériences.

— J’imagine qu’ils sont de plus en plus nombreux, qu’il y a de plus en plus d’étudiants et de chercheurs aujourd’hui qui choisissent cette discipline ?

Oui, le domaine est très attractif par sa pluridisciplinarité, les multiples facettes qu’il présente, les défis qu’il pose, à la mesure des espoirs de changements qu’il suscite, même dans le grand public d’ailleurs.

Cette physique, dont on a longtemps cru qu’elle était une affaire privée entre physiciens, sort maintenant des laboratoires pour entrer peut-être dans la vie quotidienne de chacun.

— Donc au niveau de la recherche, beaucoup de chercheurs intègrent le quantique dans leur discipline ?

C’est cela, chercheurs ont trouvé que dans leur expertise, dans leur savoir-faire, des aspects pouvaient s’appliquer au quantique. Une telle révolution favorise des échanges et des brassages de savoir-faire. Cela fait beaucoup progresser la science. On réalise que les choses bien connues jusque-là peuvent servir à un autre domaine et en l’occurrence ici, à l’information quantique.