Le physicien français Michel Henri Devoret, figure emblématique de la physique quantique expérimentale, partage le prix Nobel de physique 2025 avec John Clarke et John M. Martinis pour leurs découvertes pionnières sur l’effet tunnel quantique macroscopique et la quantification de l’énergie dans les circuits électriques. Ces travaux, initiés en partie au CEA de Saclay, ont ouvert la voie aux ordinateurs quantiques et aux technologies du futur, prolongeant l’héritage d’Alain Aspect, Nobel 2022 pour l’intrication quantique. Une consécration pour la recherche française dans un domaine qui défie les lois de la réalité.

Des origines françaises à l’appel de l’inconnu : le parcours de Michel Devoret

Michel H. Devoret, né en 1953 à Paris, incarne le parcours d’un chercheur passionné par les mystères de l’infiniment petit, devenu un pont entre la théorie quantique et les applications concrètes. Diplômé de l’École nationale supérieure des télécommunications de Paris en 1975, il s’oriente rapidement vers la physique de la matière condensée, un domaine où les propriétés des matériaux à l’échelle atomique révèlent des comportements inattendus. Il intègre le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) à Saclay, près de Paris, pour une thèse d’État sous la direction d’Anatole Abragam, une sommité en résonance magnétique nucléaire. Ces années formatrices au cœur du laboratoire de l’Orme des Merisiers forgent son approche expérimentale rigoureuse, où la manipulation précise des phénomènes physiques prime sur les spéculations théoriques.

En 1982, fraîchement docteurs de l’université Paris-Sud (aujourd’hui Paris-Saclay), Devoret franchit l’Atlantique pour un post-doctorat à l’université de Californie à Berkeley. Ce séjour marque un tournant décisif. Aux États-Unis, il rejoint l’équipe de John Clarke, un Britannique émérite en physique des supraconducteurs, et rencontre John M. Martinis, un doctorant prometteur. Ensemble, ils se lancent dans des expériences audacieuses pour tester les limites de la mécanique quantique, cette théorie qui régit le monde subatomique avec des règles contre-intuitives comme la superposition d’états ou l’intrication. À Berkeley, Devoret affine ses compétences en cryogénie et en microfabrication, des techniques essentielles pour refroidir les systèmes à des températures proches du zéro absolu et observer des effets quantiques purs. Ces années d’exil volontaire ne sont pas un abandon de la France, mais une incubation : Devoret rentre en 1984, armé d’idées novatrices, pour les implanter sur le sol natal.

De retour au CEA-Saclay, il fonde avec Daniel Estève et Cristian Urbina le groupe Quantronique, un laboratoire pionnier dédié à la physique des circuits supraconducteurs. Ce nom, « quantronique », fusionne « quantique » et « électronique », reflétant l’ambition de Devoret : marier les lois de la physique quantique aux circuits électriques traditionnels. Saclay devient alors un foyer d’innovation, où des ingénieurs et physiciens explorent comment des milliards d’électrons peuvent se comporter comme une entité unique, guidée par des principes probabilistes. Ces travaux ne sont pas isolés ; ils s’inscrivent dans une tradition française de recherche fondamentale, soutenue par des institutions comme le CEA et le CNRS, qui favorisent les échanges internationaux. Devoret, enseignant charismatique, occupe plus tard la chaire de physique mésoscopique au Collège de France de 2007 à 2012, formant une génération de chercheurs à penser l’échelle intermédiaire entre le microscopique et le macroscopique.

Aujourd’hui, à 72 ans, Devoret est professeur émérite de physique appliquée à l’université Yale, où il dirige le laboratoire de nanofabrication, et Chief Scientist chez Google Quantum AI. Son parcours illustre la mobilité des talents scientifiques : de Saclay à Berkeley, puis Yale, il tisse un réseau mondial qui accélère les avancées. Mais c’est bien l’empreinte française qui domine, comme le souligne le ministère de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, saluant en lui le 18e lauréat français du Nobel de physique depuis 1901, et le septième depuis 2007. Cette reconnaissance n’efface pas les racines : les expériences Nobel ont été initiées dans un contexte franco-américain, avec Saclay comme plaque tournante.

Mécanique quantique : un monde étrange où les règles changent d’échelle

Pour comprendre l’exploit de Devoret, il faut plonger dans les fondements de la mécanique quantique, théorie née au début du XXe siècle pour expliquer les comportements des atomes et des particules. Contrairement à la physique classique de Newton, où une balle suit une trajectoire prévisible, le quantique est probabiliste : une particule peut être ici et là à la fois, en superposition, jusqu’à ce qu’on l’observe. Parmi ses phénomènes les plus bizarres figure l’effet tunnel : imaginons une balle de tennis face à un mur. Classiquement, elle rebondit. Quantiquement, elle a une chance infime de « traverser » le mur sans l’escalader, comme si elle empruntait un tunnel invisible. Ce n’est pas de la magie, mais une conséquence de la dualité onde-particule : les objets quantiques se comportent comme des vagues qui s’étalent et interfèrent.

Longtemps, ces effets étaient confinés à l’échelle microscopique – électrons, photons, atomes. Erwin Schrödinger, en 1935, illustra l’absurdité potentielle avec son fameux chat : un animal à la fois mort et vivant tant qu’on n’ouvre pas la boîte. Le physicien Anthony Leggett, Nobel 2003, osa parier que des objets macroscopiques, composés de milliards de particules, pourraient aussi exhiber ces propriétés, contredisant l’idée d’une « décohérence » rapide à grande échelle. La question brûlait : quelle est la taille maximale d’un système quantique observable ? Les lauréats 2025 ont répondu en construisant des expériences à l’échelle d’une puce électronique, un objet tangible qu’on peut tenir en main.

Leur innovation repose sur les supraconducteurs, des matériaux qui, refroidis à -273°C, conduisent l’électricité sans résistance, via des paires d’électrons corrélées (paires de Cooper). En insérant une jonction de Josephson, une barrière isolante mince entre deux supraconducteurs, ils créent un circuit où le courant oscille comme une particule quantique collective. En 1984-1985, à Berkeley puis Saclay, Devoret, Clarke et Martinis mesurent ces oscillations : le courant « tunnelise » macroscopiquement, passant d’un état à un autre sans énergie classique suffisante. Ils quantifient aussi l’énergie en niveaux discrets, comme dans un atome. Ces résultats, publiés dans Nature, prouvent que la quantique n’est pas l’apanage des solitaires atomiques ; elle émerge à l’échelle électrique, repoussant les frontières de la physique.

Cette découverte n’est pas théorique : elle est concrète, mesurée avec des instruments de précision comme des SQUIDs (dispositifs supraconducteurs quantiques d’interférence). Elle valide les prédictions de Leggett et ouvre un champ expérimental. À Saclay, Devoret étend ces idées, manipulant des états quantiques dans des circuits pour stocker et lire de l’information, les premiers pas vers le qubit, l’unité de base de l’informatique quantique. Sans invention gratuite, ces avancées s’appuient sur des décennies de progrès en cryogénie et nanofabrication, rendant la quantique accessible en laboratoire.

Un rappel éloquent : le Nobel 2022 d’Alain Aspect et ses échos avec Michel Devoret

Le prix Nobel de physique 2022 à Alain Aspect, partagé avec John F. Clauser et Anton Zeilinger, reste frais dans les mémoires comme une célébration de l’intrication quantique, ce « fantôme action à distance » décrit par Einstein comme « spooky ». Aspect, physicien français du CNRS et de l’Institut d’Optique Graduate School, a réalisé en 1982 des expériences pionnières à Orsay démontrant que deux particules intriquées conservent une corrélation instantanée, indépendamment de la distance, violant les inégalités de Bell et fermant les failles des théories locales réalistes. Ces travaux, salués par le comité Nobel pour leurs implications en cryptographie et téléportation quantique, ont posé les bases théoriques d’une information quantique sécurisée et distribuée.

Le lien avec Michel Devoret est à la fois thématique et institutionnel, bien que leurs approches diffèrent. Tous deux ancrés dans la physique quantique expérimentale française, ils illustrent une chaîne d’avancées : l’intrication d’Aspect traite de corrélations non locales entre particules individuelles, tandis que les circuits de Devoret réalisent une intrication macroscopique, où des degrés de liberté collectifs (courants électriques) s’entremêlent. À Saclay et Orsay, proches géographiquement, les communautés échangent : Devoret, comme Aspect, bénéficie du vivier du CEA et du CNRS. Le Nobel 2022 a boosté la visibilité française en quantique ; celui de 2025 la consolide, avec Devoret prolongeant l’intrication vers des systèmes hybrides électroniques. Comme le note un article dédié sur citizen4science.org, ces prix soulignent comment les travaux d’Aspect sur les photons intriqués inspirent les qubits supraconducteurs de Devoret, reliant théorie fondamentale et ingénierie appliquée dans une « continuité française » qui propulse l’Europe en leader quantique. Ensemble, ils montrent que la quantique n’est plus univoque : d’Aspect à Devoret, elle passe de l’abstrait au tangible.

Les expériences décisives : du tunnel quantique à la puce du futur

Les expériences Nobel de 1984-1985 forment le cœur de la récompense. À Berkeley, Clarke supervise : Michel Devoret, post-doc, et Martinis, thésard, assemblent un circuit supraconducteur avec jonction de Josephson. Refroidi à 20 millikelvins, il révèle l’effet tunnel : le courant persiste au-delà des prédictions classiques, comme si les électrons collectifs traversaient une barrière énergétique. Une mesure clé : la quantification de l’énergie en paliers discrets, observée via des spectres d’oscillation, confirme que le circuit vibre comme un atome géant.

De retour à Saclay, Michel Devoret raffine : avec Estève, il démontre la manipulation d’états superposés dans ces circuits, lisant l’information sans la détruire – un jalon pour la mesure quantique non démolitive. Ces setups, miniaturisés sur puce, intègrent des milliards d’atomes mais se comportent quantiquement, défiant Schrödinger. Le comité Nobel insiste : ces phénomènes, autrefois impensables à l’échelle macro, sont maintenant « concerts » en laboratoire, avec des applications immédiates comme les SQUIDs pour détecter des champs magnétiques terrestres avec une sensibilité inégalée.

À Yale, Michel Devoret étend : ses qubits supraconducteurs, stabilisés contre la décohérence, capturent des sauts quantiques « en vol » (Nature, 2019), une prouesse pour corriger les erreurs en calcul quantique. Chez Google Quantum AI, ces idées alimentent Sycamore, le processeur qui a démontré la suprématie quantique en 2019. Sans ces bases, pas de percée.

Implications et héritage : vers une ère quantique quotidienne

Les découvertes de Michel Devoret transforment la technologie. Les qubits supraconducteurs, nés de ses circuits, propulsent les ordinateurs quantiques : Google, IBM, et la française Alice & Bob (basée sur ses travaux) visent des machines résolvant en secondes des problèmes insolubles classiquement, comme l’optimisation chimique ou la cybersécurité. La cryptographie quantique, inspirée d’Aspect, s’hybride avec ces capteurs pour des réseaux inviolables. Les détecteurs magnétiques issus des SQUIDs cartographient le cerveau ou explorent la Terre.

En France, l’héritage rayonne : Saclay forme des startups, et le plan Quantique national, dopé par ces Nobels, investit milliards. Devoret, membre de l’Académie des sciences, inspire : « La quantique est pour demain », dit-il, évoquant des simulations climatiques ou médicales révolutionnaires. Ce Nobel, partagé à 11 millions de couronnes suédoises, honore non un génie solitaire, mais une collaboration transatlantique ancrée à Saclay. Il rappelle que la science progresse par ponts : d’Aain Aspect à Michel Devoret, la quantique française illumine le monde, promettant un futur où l’étrange devient utile.

Illustration d’en-tête : Michel Devoret (1977). Source : Wikipédia

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par Harald Fox, Maître de conférences en physique des particules, Université de Lancaster, Royaume-Uni

Peter Higgs (né le 29 mai 1929 à Newcasle upon Tyne, Angleterre, NDLR) , qui a donné son nom à la particule subatomique connue sous le nom de boson de Higgs, est décédé à l’âge de 94 ans. (le 8 avril 2024 à Édimbourg, Écosse, NDLR). Il a toujours été un homme modeste, surtout lorsqu’on sait qu’il était l’un des grands de la physique des particules, le domaine scientifique qui s’intéresse aux éléments constitutifs de la matière.

En 1964, quelques années après avoir quitté Londres pour occuper un poste à l’université d’Édimbourg,, Peter Higgs a lu un article du physicien théoricien américain Philip Anderson. À l’époque, les physiciens n’avaient pas de théorie sur la manière dont les particules subatomiques acquéraient leur masse. (La masse peut être décrite comme la quantité totale de matière dans un objet, tandis que le poids est la force de gravité agissant sur un objet).

L’article d’Anderson a montré que les particules peuvent avoir une masse. Lorsqu’un système physique , tel que deux particules subatomiques différentes, est modifié, les physiciens le décrivent parfois comme présentant une « symétrie brisée ». Cela peut conduire à l’émergence de nouvelles propriétés.

Au cours d’une promenade dans les Highlands écossais, Higgs a eu l’idée de sa vie. Il a compris exactement comment appliquer la brisure de symétrie dont il avait pris connaissance dans l’article d’Anderson à un groupe important de particules appelées bosons de jauge. Cela permettrait d’expliquer comment les éléments constitutifs de la matière acquièrent leur masse.

Deux autres groupes de physiciens ont eu la même idée à peu près au même moment : Robert Brout et François Englert à Bruxelles, et Carl Hagen, Gerald Guralnik et Tom Kibble à l’Imperial College de Londres.

Une réflexion après coup

La principale caractéristique de la contribution de Higgs est que, après coup, il a prédit l’existence d’une nouvelle particule massive issue du processus dont il avait envisagé l’existence dans les Highlands. Cette particule portera plus tard son nom : le boson de Higgs.

Je crois que Higgs a toujours été un peu embarrassé par le fait que ce mécanisme de brisure de symétrie était parfois abrégé en « mécanisme de Higgs ». Il n’hésitait pas à souligner la contribution de tous les autres et préférait l’expression : « mécanisme Anderson-Brout-Englert-Higgs-Hagen-Guralnik-Kibble ».

Au cours des décennies suivantes, l’importance de la contribution de ces scientifiques à notre compréhension de la physique des particules est devenue évidente, notamment parce que la particule nommée en hommage à Peter Higgs s’est avérée si insaisissable. Plusieurs machines, appelées collisionneurs de particules, ont été construites pour sonder les limites de nos connaissances en physique.

Elles ont exploré et testé la théorie la plus largement acceptée pour expliquer comment les particules fondamentales (celles qui ne peuvent être décomposées en d’autres particules) et les forces interagissent : le modèle standard. Et le modèle standard s’est avéré valable dans presque toutes les conditions. Le seul ingrédient manquant, qui n’avait pas encore été découvert par un collisionneur de particules, était la particule massive prédite par Higgs.

La frustration engendrée par le caractère insaisissable du boson de Higgs a incité le physicien Leon Lederman, lauréat du prix Nobel, à lui donner un nouveau surnom : la « Goddamn Particle » (« foutue particule »). Ce surnom est ensuite devenu « particule de Dieu ».

Il a fallu 48 ans et la plus grande machine jamais construite, le Grand collisionneur de hadrons (« Large Hadron Collider« , LHC), pour finalement trouver la preuve que Higgs et ses collègues avaient vu juste. Le Cern, l’organisation qui exploite le LHC, a annoncé que les physiciens avaient presque certainement découvert la particule le 4 juillet 2012.

D’autres expériences ont confirmé qu’il s’agissait bien de la particule prédite par Higgs. Pourtant, au moment de l’annonce du prix Nobel de physique en octobre 2013, Peter Higgs est sorti se promener au lieu de rester près du téléphone.

Une « cinquième force » de la nature

Plus de dix ans se sont écoulés depuis la découverte du boson de Higgs. Il y a une grande différence entre le fait d’avoir une théorie à laquelle (presque) tout le monde croit et le fait d’avoir enfin la preuve qu’il s’agit en fait d’une bonne description de la nature.

En effet, je ne suis pas sûr que nous comprenions encore parfaitement ce que Higgs et ses collègues ont apporté au monde. Il s’agit de la découverte d’une nouvelle interaction entre les particules que nous n’avions pas vue auparavant, appelée couplage de Yukawa. Il s’agit essentiellement d’une « cinquième force » de la nature qui vient compléter la force gravitationnelle, la force électromagnétique, la force nucléaire forte et la force nucléaire faible.

Il reste cependant de nombreuses autres questions à résoudre. Seuls 4 % de l’univers sont constitués de matière visible. Le reste est constitué de matière noire et d’énergie noire, dont nous ne comprenons pas la nature. Il existe même un calcul théorique selon lequel le boson de Higgs est crucial pour la stabilité de l’univers.

Le Conseil du Cern vient d’examiner l’état d’avancement d’une étude de faisabilité concernant la construction d’une machine appelée  » Future Circular Collider », qui succédera au LHC et visera à répondre à de nombreuses questions en suspens sur la nature de l’univers, si elle est approuvée. Pour ma part, je sais où je veux chercher des réponses dans les données du collisionneur : le boson de Higgs.

Texte paru initialement dans The Conversation. Traduit par la Rédaction. La traduction est protégée par les droits d’auteurs. Science infuse autorise la republication si assortie d’un lien vers cette page et la mention que le média Science infuse est l’auteur de la traduction.

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Ils se sont distingués pour « leurs découvertes concernant les modifications des bases nucléosidiques qui ont permis le développement de vaccins à ARNm efficaces contre le Covid-19« . Katalin Karikó est professeure à l’université Sagan en Hongrie ainsi qu’à l’université de Pennsylvanie, où elle a travaillé avec Drew Weissman son co-lauréat sur les recherches aujourd’hui primées.

« Les lauréats ont contribué au développement à un rythme sans précédent de vaccins à l’occasion d’une des plus grandes menaces pour la santé humaine dans les temps modernes »,

Katalin Karikó est biochimiste, et depuis 2021 vice-présidente senior de BioNTech, le laboratoire pharmaceutique qui a développé le vaccin contre le Covid en collaboration avec Pfizer.

L’an dernier, elle avait reçu le prix BreakThrough Prize Life Sciences pour ces mêmes travaux sur l’ARNm qui l’occupent depuis des décennies. Sa reconnaissance a été très progressive, sachant qu’elle a été longtemps très marginalisée par le milieu académique.

On se rappelle que l’an dernier, ce prix de physiologie ou de médecine avait été attribué également sur des recherches relatives à ce qui se trame au cœur de nos cellules en lien avec le code génétique, puisque le suédois Svante Paabo avait été distingué pour ses recherches sur l’ADN de Néandertal, permettant d’obtenir des informations précieuses sur le système immunitaire y compris dans le cadre du Covid-19.

920 000 euros attribués aux lauréats

C’est la valeur des onze millions de couronnes suédoises, et c’est un montant qui a été relevé par la Fondation Nobel, tel qu’elle l’avait annoncé le mois dernier.
La distribution se poursuit à rythme quotidien, avec demain la chimie, puis la littérature, la paix vendredi et enfin, l’économie lundi prochain.

Image d’en-tête : source Nobel Prize Assembly

Pour aller plus loin

Ne vous laissez pas tromper par le schéma d’une cellule simplifiée en deux dimensions. Cette minuscule structure de la vie renferme un univers complexe de machinerie moléculaire qui se construit, se met en mouvement et se décompose en permanence. Ne vous laissez pas tromper par le schéma d’une cellule simplifiée en deux dimensions. Cette minuscule structure de la vie renferme un univers complexe de machinerie moléculaire qui se construit, se met en mouvement et se décompose en permanence.

Les cellules utilisent les milliers de protéines différentes qui les composent comme des outils pour façonner leur environnement interne. Dans cet environnement se trouvent des compartiments spécialisés, appelés organites, qui assurent les fonctions de la cellule. Deux organites importants dans les cellules sont les mitochondries et le réticulum endoplasmique, qui produisent de l’énergie et assemblent les protéines, respectivement.

Comme l’activité cellulaire de routine génère des sous-produits toxiques qui peuvent endommager la cellule, un système d’élimination est nécessaire pour dégrader et recycler ces molécules à l’intérieur des cellules. L’un de ces processus est l’autophagie, une forme d’autoconsommation que les cellules utilisent pour éliminer et recycler les composants anormaux ou excédentaires, notamment les protéines et les organites. Dérivé du grec, le terme se traduit littéralement par « s’auto-manger ». En 2016, le biologiste cellulaire Yoshinori Ohsumi a reçu le prix Nobel de physiologie ou de médecine pour ses travaux sur l’autophagie. L’autophagie est essentielle à la santé et à la longévité cellulaires. Lorsque ce processus ne fonctionne pas bien, il est lié à plusieurs maladies humaines, notamment les maladies neurodégénératives et cardiovasculaires et le cancer.

Nous sommes des chercheurs qui étudient comment l’autophagie est activée dans les cellules. Dans nos travaux récemment publiés, nous avons examiné deux régulateurs clés de ce processus et identifié un rôle unique que l’un d’eux joue dans la dégradation des mitochondries et qui pourrait servir de cible potentielle pour traiter certaines maladies.

Autophagie et maladies humaines

Le lien entre l’autophagie et les maladies est complexe et mal compris.

Par exemple, l’autophagie semble jouer un rôle paradoxal dans le cancer. D’une part, certaines études ont montré que, puisque ce processus supprime les tumeurs en éliminant les matières potentiellement dangereuses, une autophagie réduite ou altérée peut rendre une cellule cancéreuse. D’autre part, l’activation de l’autophagie après la formation d’une tumeur peut favoriser le cancer en l’aidant à s’adapter et à survivre, ce qui peut entraîner une résistance aux traitements.

Ces résultats suggèrent qu’il est particulièrement important de comprendre les étapes et le moment précis de l’autophagie lorsqu’il s’agit de cibler ce processus comme stratégie de traitement du cancer. Les chercheurs évaluent les effets anticancéreux de deux médicaments contre le paludisme, la chloroquine et l’hydroxychloroquine, qui bloquent les étapes finales de l’autophagie. Jusqu’à présent, leur efficacité varie selon le type et le stade du cancer.

Un dysfonctionnement de l’autophagie joue également un rôle important dans la plupart des maladies neurodégénératives. L’agrégation de protéines anormales dans les cellules du cerveau est une caractéristique commune de la maladie d’Alzheimer, de la maladie de Parkinson, de la maladie de Huntington et de la SLA. Certains scientifiques pensent que l’accumulation de ces protéines est due, au moins en partie, à un déclin de leur dégradation par autophagie.

L’autophagie est également importante pour la santé cardiaque. Les chercheurs ont constaté que l’autophagie dans le cœur décline avec l’âge et contribue aux maladies cardiovasculaires. La diminution de l’autophagie dans les cellules du muscle cardiaque entraîne une accumulation de déchets cellulaires qui peuvent affecter leur capacité à se contracter et même provoquer leur mort. Avec moins de cellules et moins de contraction, l’accumulation de matières toxiques dans les cellules du muscle cardiaque peut finalement conduire à une insuffisance cardiaque.

Destruction des mitochondries par la mitophagie

Pour que l’autophagie soit efficace, elle doit se débarrasser spécifiquement des seules protéines ou organites endommagés au sein de la cellule. Une dégradation incontrôlée priverait une cellule de ses besoins fondamentaux.

Cela est particulièrement vrai pour les mitochondries, car les cellules dépendent d’elles pour une grande partie de leur production d’énergie. Notre équipe s’est beaucoup intéressée à la manière dont les cellules s’assurent que l’autophagie des mitochondries, également appelée mitophagie, élimine uniquement les mitochondries dysfonctionnelles tout en épargnant les parties saines de la cellule. Une mitophagie dysfonctionnelle a été liée entre autres au cancer, à la neurodégénérescence et aux maladies cardiovasculaires.

Le processus d’autophagie débute lorsque la cellule commence à former une membrane à proximité des protéines ou des organites endommagés. Cette membrane se transforme en une vésicule, ou sac, appelée autophagosome, qui englobe le matériel endommagé. Il fusionne ensuite avec une autre structure cellulaire interne remplie d’acide, appelée lysosome, qui l’aide à dégrader sa cargaison.

La bécline 1est une protéine connue pour favoriser la formation d’autophagosomes dans les cellules. Cependant, son rôle dans la mitophagie est controversé, en partie parce que l’on sait très peu de choses sur sa proche parente la bécline 2. Nous avons voulu démêler les fonctions de ces deux protéines et déterminer leur rôle dans la mitophagie. Pour ce faire, nous avons utilisé des modèles de cellules humaines et de souris pour examiner comment la présence ou l’absence de ces deux protéines affectait l’autophagie.

Nous avons découvert que l’activation d’une région unique de la bécline 1 lui permet de promouvoir la formation d’autophagosomes à côté des mitochondries dysfonctionnelles, facilitant ainsi leur dégradation dans les cellules humaines. Comme une région similaire n’est pas présente dans la bécline 2, cela signifie que seule la bécline 1 pourrait être essentielle à la mitophagie.

De manière intéressante, nous avons également pu observer la présence de la bécline 1 à des points de contact discrets entre les mitochondries et le réticulum endoplasmique pendant la mitophagie. Cela corrobore les recherches émergentes suggérant que les interactions physiques entre ces organites facilitent le transfert de certaines molécules nécessaires à la fabrication des autophagosomes. Nos travaux indiquent que seule la bécline 1 favorise l’engloutissement des mitochondries endommagées à ces endroits. La bécline 2 pourrait jouer un rôle différent dans l’autophagie et dans d’autres conditions.

Cibler l’autophagie pour des traitements

L’autophagie représente une cible thérapeutique potentielle pour de nombreuses maladies variées. Notre équipe étudie actuellement comment l’autophagie contribue à l’agrégation des protéines et au dysfonctionnement des mitochondries dans le cœur, et nous travaillons à la mise au point de nouveaux outils pour mesurer ce processus dans des modèles cellulaires et animaux.

Cependant, les stratégies thérapeutiques visant à réguler l’autophagie sont compliquées par le fait qu’il s’agit d’un processus complexe en plusieurs étapes qui implique de nombreuses protéines différentes. Certaines maladies peuvent nécessiter de cibler les premières étapes de la formation des autophagsosomes, tandis que d’autres peuvent nécessiter de se concentrer sur le moment où ils fusionnent avec les lysosomes. En outre, différents états pathologiques peuvent bénéficier de l’activation ou de l’inhibition de l’autophagie. Il reste encore beaucoup à faire pour identifier toutes les protéines spécifiques qui régulent chaque étape de la voie de l’autophagie et pour savoir comment les cellules régulent ce processus aussi bien dans une situation de bonne santé qu’en cas de maladie.

Nous pensons qu’en aidant les cellules à mieux exploiter le pouvoir de l’autophagie dans un univers moléculaire complexe, nous pourrons les entraîner à suivre les trois R : Réduire, Réutiliser, Recycler – pour favoriser la santé et la longévité.

Image d’en-tête : Illustration d’un autophagosome (double membrane bleu clair à droite) engloutissant du matériel cellulaire. David S. Goodsell and Daniel Klionsky/RCSB PDB-101, CC BY-SA

Pour aller plus loin

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, cet article traduit n’est pas libre de droits. Nous autorisons la reproduction avec les crédits appropriés : « Citizen4Science/Science infuse » pour la version française avec un lien vers la présente page.

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La mécanique quantique, théorie qui régit le monde microscopique des atomes et des particules, a certainement le facteur X. Contrairement à de nombreux autres domaines de la physique, elle est bizarre et contre-intuitive, ce qui la rend éblouissante et intrigante. Lorsque le prix Nobel de physique 2022 a été décerné à Alain Aspect, John Clauser et Anton Zeilinger pour leurs recherches sur la mécanique quantique, il a suscité enthousiasme et discussions.

Mais les débats sur la mécanique quantique – que ce soit sur les forums de discussion, dans les médias ou dans la science-fiction, peuvent souvent s’embrouiller en raison d’un certain nombre de mythes et d’idées fausses persistants. En voici quatre.

1. Un chat peut être mort et vivant

Erwin Schrödinger n’aurait probablement jamais pu prédire que son expérience de réflexion, le chat de Schrödinger, atteindrait le statut de mème sur Internet au XXIe siècle.

Elle suggère qu’un félin malchanceux coincé dans une boîte dotée d’un interrupteur déclenché par un événement quantique aléatoire – une désintégration radioactive, par exemple – pourrait être vivant et mort en même temps, tant que nous n’ouvrons pas la boîte pour vérifier.

Nous savons depuis longtemps que les particules quantiques peuvent se trouver dans deux états – par exemple à deux endroits – en même temps. Nous appelons cela une superposition.

Les scientifiques ont pu le démontrer dans la célèbre expérience des doubles fentes, où une seule particule quantique, comme un photon ou un électron, peut passer simultanément par deux fentes différentes dans un mur. Comment le savons-nous ?

En physique quantique, l’état de chaque particule est également une onde. Mais lorsque nous envoyons un flux de photons – un par un – à travers les fentes, cela crée un motif de deux ondes qui interfèrent l’une avec l’autre sur un écran situé derrière la fente. Comme chaque photon n’a pas eu d’autres photons avec lesquels interférer lorsqu’il a traversé les fentes, cela signifie qu’il a dû traverser simultanément les deux fentes – en interférant avec lui-même (image ci-dessous).

Lumière de diffraction

Expérience de la double-fente (théorie des ondes de Young)

Cependant, pour que cela fonctionne, les états (ondes) de la superposition de la particule qui traverse les deux fentes doivent être « cohérents« , c’est-à-dire avoir une relation bien définie entre eux.

Ces expériences de superposition peuvent être réalisées avec des objets de taille et de complexité toujours plus grandes. Une expérience célèbre réalisée par Anton Zeilinger en 1999 a démontré la superposition quantique avec de grandes molécules de carbone 60 connues sous le nom de « buckyballs« .

Que cela signifie-t-il pour notre pauvre chat ? Est-il vraiment à la fois vivant et mort tant que nous n’ouvrons pas la boîte ? De toute évidence, un chat n’a rien à voir avec un photon individuel dans un environnement de laboratoire contrôlé, il est beaucoup plus grand et plus complexe. Toute cohérence que les trillions de trillions d’atomes qui composent le chat pourraient avoir entre eux est extrêmement brève.

Cela ne signifie pas que la cohérence quantique est impossible dans les systèmes biologiques, mais simplement qu’elle ne s’applique généralement pas aux grandes créatures comme les chats ou les humains.

2. Des analogies simples peuvent expliquer l’intrication

L’intrication est une propriété quantique qui relie deux particules différentes de sorte que si on en mesure une, on connaît automatiquement et instantanément l’état de l’autre, quelle que soit la distance qui les sépare.

Les explications courantes de cette propriété font généralement appel à des objets du quotidien de notre monde macroscopique classique, tels que des dés, des cartes ou même des paires de chaussettes de couleur différente. Par exemple, imaginez que vous dites à un ami que vous avez placé une carte bleue dans une enveloppe et une carte orange dans une autre. Si votre ami emporte et ouvre l’une des enveloppes et trouve la carte bleue, il saura que vous avez gardé la carte orange.

Mais pour comprendre la mécanique quantique, il faut imaginer que les deux cartes contenues dans les enveloppes sont dans une superposition conjointe, c’est-à-dire qu’elles soient à la fois orange et bleue (plus précisément orange/bleu et bleu/orange). L’ouverture d’une enveloppe révèle une couleur déterminée au hasard. Mais l’ouverture de la seconde révèle toujours la couleur opposée, car elle est liée de manière « effrayante » à la première carte.

On pourrait forcer les cartes à apparaître dans une autre série de couleurs, ce qui reviendrait à effectuer un autre type de mesure. On pourrait ouvrir une enveloppe en posant la question suivante : « Es-tu une carte verte ou rouge ? ». La réponse serait à nouveau aléatoire : verte ou rouge. Mais surtout, si les cartes étaient intriquées, l’autre carte donnerait toujours le résultat opposé à cette même question.

Albert Einstein a tenté d’expliquer ce phénomène à l’aide de l’intuition classique, en suggérant que les cartes pourraient avoir reçu un ensemble d’instructions internes cachées leur indiquant la couleur à afficher pour une question donnée. Il a également rejeté l’apparente action « effrayante » entre les cartes qui leur permettrait de s’influencer instantanément, ce qui impliquerait une communication plus rapide que la vitesse de la lumière, ce qui est interdit par les théories d’Einstein.

Cependant, l’explication d’Einstein a ensuite été écartée par le théorème de Bell (un test théorique créé par le physicien John Stewart Bell) et les expériences menées par les lauréats du prix Nobel de 2022. L’idée que la mesure d’une carte intriquée modifie l’état de l’autre n’est pas vraie. Les particules quantiques sont juste mystérieusement corrélées d’une manière que nous ne pouvons pas décrire avec la logique ou le langage de tous les jours ; elles ne communiquent pas tout en contenant un code caché, comme le pensait Einstein. En conséquence, vous pouvez oublier les objets du quotidien lorsque vous pensez à l’intrication.

3. La nature est irréelle et « non-locale »

On dit souvent que le théorème de Bell prouve que la nature n’est pas « locale », qu’un objet n’est pas Influencé uniquement directement par son environnement immédiat. Une autre interprétation courante est qu’il implique que les propriétés des objets quantiques ne sont pas « réelles », qu’elles n’existent pas avant la mesure.

Mais le théorème de Bell ne nous permet de dire que la physique quantique signifie que la nature n’est pas à la fois réelle et locale que si nous supposons quelques autres choses en même temps. Ces hypothèses incluent l’idée que les mesures n’ont qu’un seul résultat (et non plusieurs, peut-être dans des mondes parallèles), que la cause et l’effet s’écoulent dans le temps et que nous ne vivons pas dans un « univers mécanique » dans lequel tout est prédéterminé depuis la nuit des temps.

4. Personne ne comprend la mécanique quantique

Une citation classique (attribuée au physicien Richard Feynman, mais sous cette forme paraphrasant également Niels Bohr) postule : « Si vous pensez comprendre la mécanique quantique, vous ne la comprenez pas. »

Cette opinion est largement répandue dans le public. La physique quantique est supposée impossible à comprendre, y compris par les physiciens. Mais en se plaçant au XXIe siècle, la physique quantique n’est ni mathématiquement ni conceptuellement particulièrement difficile pour les scientifiques. Nous la comprenons extrêmement bien, à tel point que nous pouvons prédire les phénomènes quantiques avec une grande précision, simuler des systèmes quantiques très complexes et même commencer à construire des ordinateurs quantiques.

La superposition et l’intrication, lorsqu’elles sont expliquées dans le langage de l’information quantique, ne nécessitent pas plus que des mathématiques de niveau secondaire. Le théorème de Bell ne nécessite pas du tout de physique quantique. Il peut être dérivé en quelques lignes à l’aide de la théorie des probabilités et de l’algèbre linéaire.

La véritable difficulté réside peut-être dans la manière de concilier la physique quantique avec notre réalité intuitive. Le fait de ne pas avoir toutes les réponses ne nous empêchera pas de faire de nouveaux progrès en matière de technologie quantique. Il suffit de nous taire et calculer.

Heureusement pour l’humanité, les lauréats du prix Nobel Aspect, Clauser et Zeilinger ont refusé de se taire et ont continué à demander pourquoi. D’autres, comme eux, pourraient un jour contribuer à réconcilier les bizarreries quantiques avec notre expérience de la réalité.

Malgré le théorème de Bell, la nature pourrait bien être réelle et locale, si l’on permettait de briser certaines autres choses que nous considérons comme relevant du bon sens, comme le temps qui avance. Et la poursuite des recherches permettra, espérons-le, de réduire le grand nombre d’interprétations potentielles de la mécanique quantique. Cependant, la plupart des options sur la table – par exemple, le temps s’écoulant à rebours, ou l’absence de libre arbitre – sont au moins aussi absurdes que l’abandon du concept de réalité locale.

Pour aller plus loin

Texte paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction. La traduction étant protégée par les droits d’auteur, cet article traduit n’est pas libre de droits. Nous autorisons la reproduction avec les crédits appropriés : « Citizen4Science/Science infuse » pour la version française avec un lien vers la présente page.

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Le prix Nobel de physique 2022 a récompensé trois scientifiques qui ont apporté des contributions révolutionnaires à la compréhension de l’un des phénomènes naturels les plus mystérieux : l’intrication quantique

En termes simples, l’intrication quantique signifie que les aspects d’une particule d’une paire intriquée dépendent des aspects de l’autre particule, quelle que soit la distance qui les sépare ou ce qui se trouve entre elles. Ces particules peuvent être, par exemple, des électrons ou des photons, et un aspect peut être l’état dans lequel elles se trouvent, par exemple si elles « tournent » dans une direction ou une autre.

L’aspect étrange de l’intrication quantique est que lorsque l’on mesure quelque chose sur une particule d’une paire intriquée, on sait immédiatement quelque chose sur l’autre particule, même si des millions d’années-lumière les séparent. Cette étrange connexion entre les deux particules est instantanée et semble enfreindre une loi fondamentale de l’univers. Albert Einstein a baptisé ce phénomène « action étrange à distance ».

Ayant passé la majeure partie de deux décennies à mener des expériences basées sur la mécanique quantique, j’ai fini par accepter son étrangeté. Grâce à des instruments toujours plus précis et fiables et aux travaux des lauréats du prix Nobel cette année, Alain Aspect, John Clauser et Anton Zeilinger, les physiciens intègrent désormais les phénomènes quantiques dans leur connaissance du monde avec un degré de certitude exceptionnel.

Pourtant, jusque dans les années 1970, les chercheurs étaient encore divisés sur la question de savoir si l’intrication quantique était un phénomène réel. Et pour de bonnes raisons : qui oserait contredire le grand Einstein, qui en doutait lui-même ? Il a fallu le développement de nouvelles technologies expérimentales et l’audace des chercheurs pour que ce mystère soit enfin levé.

Exister dans plusieurs états à la fois

Pour vraiment comprendre le caractère étrange de l’intrication quantique, il est important de comprendre d’abord la superposition quantique. La superposition quantique est l’idée que les particules existent dans plusieurs états à la fois. Lorsqu’une mesure est effectuée, c’est comme si la particule choisissait l’un des états de la superposition.

Par exemple, de nombreuses particules ont un attribut appelé spin, qui est mesuré comme étant « haut » ou « bas » pour une orientation donnée de l’analyseur. Mais jusqu’à ce que l’on mesure le spin d’une particule, celle-ci existe simultanément dans une superposition de haut spin haut et de bas spin.

Une probabilité est attachée à chaque état, et il est possible de prédire le résultat moyen à partir de nombreuses mesures. La probabilité qu’une mesure unique soit positive ou négative dépend de ces probabilités, mais ne peut elle-même être prédite.

Bien que très étranges, les mathématiques et un grand nombre d’expériences ont montré que la mécanique quantique décrit correctement la réalité physique.

Deux particules intriquées

Le caractère étrange de l’intrication quantique découle de la réalité de la superposition quantique, et était clair pour les pères fondateurs de la mécanique quantique qui ont développé la théorie dans les années 1920 et 1930.

Pour créer des particules intriquées, il faut essentiellement casser un système en deux, où la somme des parties est connue. Par exemple, on peut diviser une particule dont le spin est nul en deux particules qui auront nécessairement des spins opposés de sorte que leur somme soit nulle.

En 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky et Nathan Rosen ont publié un article décrivant une expérience de pensée destinée à illustrer une absurdité apparente de l’intrication quantique qui remettait en question une loi fondamentale de l’univers.

Une version simplifiée de cette expérience de pensée, attribuée à David Bohm, considère la désintégration d’une particule appelée méson pi (également appelé « pion », ndlr). Lorsque cette particule se désintègre, elle produit un électron et un positron qui ont un spin opposé et s’éloignent l’un de l’autre. Par conséquent, si le spin de l’électron est mesuré comme étant vers le haut, le spin mesuré du positron ne peut être que vers le bas, et vice versa. Cela est vrai même si les particules sont séparées par des milliards de kilomètres.

Cela ne poserait aucun problème si la mesure du spin de l’électron était toujours positive et si le spin mesuré du positron était toujours négatif. Mais en raison de la mécanique quantique, le spin de chaque particule est à la fois en partie vers le haut et en partie vers le bas jusqu’à ce qu’il soit mesuré. Ce n’est qu’au moment de la mesure que l’état quantique du spin « s’effondre » en haut ou en bas – faisant instantanément tomber l’autre particule dans le spin opposé. Cela semble suggérer que les particules communiquent entre elles par un moyen qui se déplace plus vite que la vitesse de la lumière. Mais selon les lois de la physique, rien ne peut aller plus vite que la vitesse de la lumière. L’état mesuré d’une particule ne peut donc pas déterminer instantanément l’état d’une autre particule à l’autre bout de l’univers ?

Dans les années 1930, des physiciens, dont Einstein, ont proposé un certain nombre d’interprétations alternatives de l’intrication quantique. Ils ont émis l’hypothèse qu’il existait une propriété inconnue, appelée variable cachée, qui déterminait l’état d’une particule avant la mesure. Mais à l’époque, les physiciens ne disposaient pas de la technologie ni de la définition d’une mesure claire permettant de vérifier si la théorie quantique devait être modifiée pour inclure les variables cachées.

Réfuter une théorie

Il a fallu attendre les années 1960 pour trouver des indices de réponse. John Bell, un brillant physicien irlandais qui n’a pas vécu assez longtemps pour recevoir le prix Nobel, a conçu un système pour vérifier si la notion de variables cachées avait un sens.

Bell a élaboré une équation connue aujourd’hui sous le nom d’inégalités de Bell, qui est toujours correcte – et uniquement correcte – pour les théories à variables cachées, et pas toujours pour la mécanique quantique. Ainsi, s’il s’avère que l’équation de Bell n’est pas satisfaite dans une expérience du monde réel, les théories à variables cachées locales peuvent être écartées comme explication de l’intrication quantique.

Les expériences des 2022 lauréats du prix Nobel, en particulier celles d’Alain Aspect, ont été les premiers tests des inégalités de Bell. Les expériences ont utilisé des photons intriqués, plutôt que des paires d’un électron et d’un positron, comme dans de nombreuses expériences de pensée. Les résultats ont exclu de manière concluante l’existence de variables cachées, un attribut mystérieux qui prédéterminerait les états des particules intriquées. Collectivement, ces expériences et de nombreuses autres à la suite ont confirmé la validité de la mécanique quantique. Les objets peuvent être corrélés sur de grandes distances d’une manière que la physique antérieure à la mécanique quantique ne peut expliquer.

Il est important de noter qu’il n’existe pas non plus de conflit avec la relativité restreinte, qui interdit les communications plus rapides que la lumière. Le fait que les mesures sur de grandes distances soient corrélées n’implique pas que des informations soient transmises entre les particules. Deux parties très éloignées l’une de l’autre qui effectuent des mesures sur des particules intriquées ne peuvent pas utiliser ce phénomène pour transmettre des informations plus rapidement que la vitesse de la lumière.

Aujourd’hui, les physiciens poursuivent leurs recherches sur l’intrication quantique et étudient les applications pratiques potentielles. Bien que la mécanique quantique puisse prédire la probabilité d’une mesure avec une incroyable précision, de nombreux chercheurs restent sceptiques quant à sa capacité à fournir une description complète de la réalité. Une chose est néanmoins certaine. Il reste beaucoup à découvrir sur le monde mystérieux de la mécanique quantique.

Paru initialement en anglais dans The Conversation, traduit par la Rédaction.
NB : la traduction est soumise aux droits d’auteur.

Image d’en-tête : Alain Aspect à l’Université Paris-Saclay, le 4 octobre 2022

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