Aide pédagogique : La cryptographie quantique et le protocole BB84

Les limites de la phisique classique

A la fin du XXème siècle les physiciens se rendent compte que les théories classiques atteignent leur limites. Ils ne parviennent pas à expliquer certains phénomènes tels que le rayonnement des corps condensés, la stabilité de rayonnement des atomes ou encore les effets photoélectriques.

Plus précisement, la physique classique théorise un corp noir à l'équilibre thermodynamique supposé rayonner un flux infini. Les résultats des expériences menées à ce sujet entre 1880 et 1900, contredisent systématiquement les théories classique. Cette période sera appélé plus tard "La catastrophe ultraviolette".

Ces échecs conduisent un certain Max Planck à introduire en 1900 un nouveau concept : les Quantas d'energie. Ce concept sera à la base de la physique Quantique.

Les Grands noms de la physique quantique

La catastrophe Ultraviolette

1880 à 1900

Introduction du Quantum d'energie

1900

Max Planck

Physicien allemand né en 1858 et mort en 1947. C'est en voulant interpréter la courbe du rayonnement du corps noir qu'il fait l'hypothèse d'échanges d'énergie par quantum entre les parois d'une cavité et le rayonnement en équilibre à l'intérieur. Il introduit alors la célèbre constante de Planck : h qui lui vaudra un an plus tard en 1901 un prix nobel.

Les photons

1905

Albert Einstein

Afin d'expliquer l'effet photoélectrique, c'est à dire que la lumière arrivant sur certains matériaux peut éjecter des électrons de celui-ci, il postule, à partir de l'hypothèse quantique de Planck, que la lumière elle-même est constituée de particules individuelles quantiques (photons). Cela vient s'ajouter à la théorie de Young, datant de 1801, selon laquelle la lumière est une onde

Niels Bohr

1913

Introduit le modèle de Bhor

Louis de Broglie et la mécanique ondulatoire

1923

Postule que les électrons en mouvement sont associés avec des ondes,dont les longueurs d'onde sont données par la constante de Planck $h$ divisée par la quantité de mouvement $$mv=p$$ de l'électron : $$\lambda =\frac{h}{mv}=\frac{h}{p}$$ Il étend donc la dualité onde-cosrpuscule aux particules.

Introduction du principe d'intrication

1935

Erwin Schrodinger

L'intrication est un principe quantique fondamental. Un objet physique, formé de 2 parties qui ont eu une histoire commune, peut être placé dans un état ou les 2 parties sont intimmement et irrémédiablement liées. On constate alors des corrélations une fois les deux parties séparées : une mesure effectuée sur l'une des deux parties donne instantanément le résultat de la mesure de l'autre, et ce peu importe la distance qui les sépare.

Einstein, Podolsky, Rosen

1935

formulation du paradoxe EPR

John Bell

1964

Démontre, à Genève, que les idées d’Einstein sur l’aspect inachevé de la théorie quantique entrent en contradiction avec les prédictions mêmes de cette théorie.John Bell propose uneméthode expérimentale pour répondre au paradoxe EPR. Cette expérience ne pourra être réalisée de manière concluante qu’en 1982, par Alain Aspect et ses collaborateurs à Paris. Elle démontre irréfutablement la justesse de la théorie quantique.

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