MERGENCE DE L'OPTIQUE QUANTIQUE

Soutenance publique de la thèse de doctorat en histoire des sciences et des techniques de Gautier Depambour. Émergence de l’optique quantique des années 1950 à 1980 menée sous la direction d’Olivier DARRIGOL (Directeur de Recherche émérite, CNRS, laboratoire SPHERE) et Alain ASPECT (Professeur, Université Paris-Saclay, Institut d'Optique). La soutenance a eu lieu mercredi 12 juin 2024 à l’Université Paris Cité devant un jury composé des deux directeurs et de : - M. Olival FREIRE, Professeur à l'Université fédérale de Bahia, rapporteur, - Mme. Arianna BORRELLI, Docteur à l'Université technique de Berlin, rapporteur, - M. David KAISER, Professeur au Massachusetts Institute of Technology, examinateur, - Mme. Sara DUCCI, Professeur à l'Université Paris Cité, examinateur, - Mme. Nadine DE COURTENAY, Maître de Conférences à l'Université Paris Cité, examinateur, - M. Philippe GRANGIER, Directeur de Recherches à l'Institut d’Optique, membre invité. Résumé de la thèse : Cryptographie quantique, simulation quantique, métrologie quantique, ou ordinateur quantique : nombreux sont les champs de recherche actuels qui exploitent les propriétés quantiques de la lumière. Pourtant, la quantification du rayonnement en optique n’a pas toujours été une évidence. Jusqu’au début des années 1960, toutes les recherches menées dans ce domaine sont fondées sur la théorie classique de la lumière établie au XIXe siècle. La situation évolue en 1956 avec la découverte de l’effet Hanbury-Brown et Twiss, qui inaugure les expériences sur les statistiques de photons, puis en 1960 avec l’invention du laser, qui va apporter de profonds changements dans la pratique de l’optique. Ces deux événements incitent Roy Glauber à forger une nouvelle théorie quantique de la cohérence et à établir ainsi les fondements théoriques de l’optique quantique. Mais cette nouvelle façon de décrire le rayonnement ne fait pas l’unanimité : certains physiciens, dont Emil Wolf et Edwin Jaynes, soutiennent que l’approche semi-classique (où la matière est quantifiée, mais pas le rayonnement) demeure la plus pertinente pour rendre compte des phénomènes d’optique. Dans cette thèse, nous chercherons à comprendre comment la quantification du rayonnement va progressivement s’imposer en optique et comment l’optique quantique va se constituer comme champ de recherche. Nous nous concentrerons sur trois voies de développement de l’optique quantique, principalement aux États-Unis et en France. La première est celle de Leonard Mandel qui, d’abord réticent à la théorie quantique de la cohérence, va mener à l’Université de Rochester de multiples expériences démontrant le caractère quantique du rayonnement libre, comme l’“effet Hong-Ou-Mandel“. La seconde voie concerne la quantification du rayonnement en interaction avec la matière dans le domaine de la physique atomique, à travers les recherches de Claude Cohen-Tannoudji au Laboratoire de Spectroscopie Hertzienne à Paris. La troisième porte sur les fondements de la mécanique quantique et sur les expériences sur les inégalités de Bell, en particulier celles de John Clauser et Alain Aspect. De façon plus générale, nous insisterons sur la diversité des facteurs – à la fois théoriques, techniques, sociologiques, économiques et institutionnels – qui ont permis l’émergence de l’optique quantique, afin de restituer toute la complexité de cet épisode crucial de l’histoire de la physique.