Résumé
La première leçon a commencé par rappeler de façon générale les propriétés essentielles de la mesure d’un système microscopique en physique quantique. Par « mesure » on comprend au sens large toute expérience qui extrait de l’information d’un système quantique. Alors qu’en physique classique, le système étudié peut se trouver dans un état indépendant de tout observateur et être mesuré sans perturbation, en physique quantique une mesure est un processus plus complexe, dans lequel l’état de l’objet mesuré est en général modifié. Le résultat de la mesure et son effet sur le système sont décrits de façon statistique, la théorie ne pouvant que déterminer la loi de probabilité du processus (« Dieu joue aux dés »). Les propriétés de la mesure quantique entraînent des limitations (certaines mesures sont incompatibles entre elles — cf. relations d’incertitude de Heisenberg) et des impossibilités (par exemple théorème de « non-clonage » d’un état inconnu). Ces caractéristiques, souvent décrites négativement, peuvent être exploitées de façon positive pour réaliser des opérations impossibles en physique classique (cryptographie et calcul quantiques).
Après ces rappels généraux, la leçon a abordé le problème plus spécifique de la mesure quantique de la lumière. Le champ électromagnétique est un système central en physique. L’essentiel de l’information qui nous provient du monde est véhiculé par lui. Comprendre la mesure de la lumière dans la théorie quantique a toujours préoccupé les physiciens, depuis Planck (1900), Einstein (1905) et les débuts de la mécanique quantique moderne (expériences de pensée de Bohr, Einstein et Schrödinger). La dualité de la lumière (onde et ensemble de photons à la fois) joue un rôle fondamental dans cette théorie. L’optique quantique, née avec le laser en 1960, a reposé dans un contexte moderne les questions posées dans les années 1920. La théorie de la mesure de la lumière, le comptage de photons, établie par R. Glauber (1963), constitue le cadre d’analyse de toutes les expériences d’optique.
