Grandes évolutions de la physique atomique et de l'optique au cours des cinquante dernières années

La première leçon a constitué une introduction à cette revue des révolutions de la physique atomique et de l’optique quantique. Elle a commencé par une brève description des grandes étapes de la physique atomique en rappelant d’abord l’état de l’art dans les années de l’immédiat après guerre : spectroscopie des jets atomiques et moléculaires, résonance magnétique nucléaire, premières expériences tests de l’électrodynamique quantique incluant la mesure du moment magnétique anormal de l’électron et du Lamb shift. Cette revue a ensuite insisté sur l’importance des méthodes de la double résonance et du pompage optique, développées par Jean Brossel et Alfred Kastler dans les années 1950, qui ont constitué les premiers exemples de manipulation des atomes par la lumière, avant même l’avènement du laser. Les débuts de cette source nouvelle de lumière ont ensuite été décrits, ainsi que ses premières applications en physique dès les années 1960, conduisant à la naissance de l’optique non linéaire et de la méthode dite de l’absorption saturée. Les années 1970 ont vu le développement des lasers accordables en fréquence qui ont permis l’explosion des méthodes de spectroscopie de haute résolution, s’affranchissant de diverses manières de l’élargissement des raies atomiques et moléculaires dû à l’effet Doppler. La leçon a ensuite brossé rapidement les grandes avancées des années 1980, incluant le développement des méthodes de refroidissement et de piégeage des atomes induites par laser. Dans la même décennie, les avancées parallèles des expériences d’ions piégés et de l’électrodynamique quantique en cavité, réalisées avec des atomes de Rydberg, ont permis les premières observations de systèmes quantiques isolés. Puis, les années 1990 ont vu les premières applications de la manipulation de ces systèmes à l’information quantique, avec des démonstrations simples de portes quantiques et d’intrication, ainsi que l’étude de la décohérence. Dans la même décennie, la physique des atomes froids a conduit à la réalisation des condensats de Bose Einstein, ouvrant la voie à un domaine de recherche extrêmement fécond qui devait exploser dans les années 2000. Cette décennie et les années qui ont suivi ont connu un développement très important des recherches sur les gaz quantiques (bosons et fermions dégénérés), mais aussi de l’information quantique avec des atomes réels et artificiels (circuits quantiques incluant des jonctions Josephson). Elle a également vu des progrès considérables dans la précision des mesures spectroscopiques et des horloges atomiques (développement des peignes de fréquence optiques) et dans l'étude des phénomènes ultrarapides en physique atomique, moléculaire et de la matière condensée (exploitation des impulsions lumineuses « attoseconde »).