PRIX NOBEL DE PHYSIQUE 2025

L’effet tunnel quantique macroscopique

John Clarke, professeur à l’université de Californie à Berkeley, participe avec son équipe au développement de ces SQUID et de leurs applications. Avec son étudiant en thèse John Martinis et Michel Devoret, jeune chercheur en séjour postdoctoral, ils conçoivent et réalisent sur une puce de 10 millimètres de côté un circuit électrique supraconducteur macroscopique dont l’élément essentiel est une jonction Josephson. La jonction elle-même est constituée de deux électrodes (en niobium et en alliage plomb-niobium) séparées par une couche d’oxyde de niobium de 1 nanomètre d’épaisseur. Les physiciens démontrent alors que, lorsqu’il est placé dans un cryostat à des températures de quelques dizaines de millikelvins, ce dispositif qui fait intervenir des milliards de particules se comporte comme un gigantesque atome artificiel. En particulier, il n’absorbe ou n’émet que des quantités spécifiques d’énergie, ce qui signifie que ses niveaux d’énergie sont quantifiés comme le sont ceux d’un atome. En mesurant la tension aux bornes de la jonction Josephson, les chercheurs mettent en évidence l’existence d’un effet tunnel, ce qui n’avait jamais été observé à cette échelle.

En 1985, les deux articles publiés par l’équipe dans le journal Physical Review Letters de la Société américaine de physique fondent un nouveau domaine de recherche, la quantronique, abréviation de « physique quantique des circuits électroniques ». Le montage original évoluera en divers types de dispositifs appelés « bits quantiques », ou qubits, des systèmes à deux états, comme les bits informatiques faits de 0 ou de 1, mais pouvant aussi se trouver dans une superposition des deux états. Leur interconnexion en circuits complexes a en effet démontré cette possibilité dans un environnement de laboratoire et pourrait amener à la réalisation de machines quantiques aptes à compléter les montages constitués de circuits intégrés.